APOSTILA DE MQUINAS ELTRICAS

APOSTILA DE ELETRICIDADE 1

E.T.E. Joo Luiz do NascimentoDisciplina: Eletricidade 1Professora: Delirose RamosReviso 0 - Emisso

Eletricidade a rea da fsica que estuda os fenmenos associados a cargas eltricas, sendo dividida em trs partes: eletrosttica, eletrodinmica e eletromagnetismo.

1 ESTRUTURA DO TOMO1.1 Notao cientfica, Mltiplos e Submltiplos.Chamamos de notao cientfica a forma de escrever um determinado nmero em potncia de 10. Ela utilizada quando queremos escrever nmeros muito grandes ou muito pequenos de uma forma convencional, ou seja, com poucos zeros nos casos dos nmeros muito grandes, ou poucos nmeros aps a vrgula, nos casos dos nmeros muito pequenos.

Para colocar um nmero muito grande em notao cientfica, utilizamos os Mltiplos, que so as potncias de 10 com expoentes positivos. A Tabela 1 mostra a relao de Mltiplos, com suas respectivas nomenclaturas, simbologias e expoentes.

Tabela 1(Mltiplos de um nmero)

Para colocar um nmero muito pequeno em notao cientfica, utilizamos os Submltiplos, que so as potncias de 10 com expoentes negativos. A Tabela 2 mostra a relao de Submltiplos, com suas respectivas nomenclaturas, simbologias e expoentes.

Tabela 2(Submltiplos de um nmero)

Para transformar um nmero muito grande em uma notao cientfica, basta colocar uma vrgula imaginria aps o ltimo algarismo e caminhar com essa vrgula da direita para a esquerda. O expoente ser o nmero de casas que a vrgula andou, comparando com o nmero original.Ento, se desejarmos apresentar o nmero 1.900.000 em notao cientfica, teremos: Insere uma vrgula imaginria aps o ltimo algarismo: 1.900.000, Depois caminha com a vrgula da direita para a esquerda at o local desejado: 1,900.000 Ento conta-se o nmero de algarismos aps a nova posio da vrgula, para este exemplo, como a vrgula est aps o algarismo 1, aps a vrgula esto: 900.000, ou seja, 6 algarismos.Assim, podemos escrever 1,9 x 10, ou simplesmente 1,9 M (l-se 1,9 mega). Para transformar um nmero muito pequeno em uma notao cientfica, basta deslocar a vrgula da esquerda para a direita at a posio desejada. O expoente ser o nmero de casas que a vrgula caminhou.

Ento, se quisermos apresentar o nmero 0,0016 em notao cientfica, teremos: Posio inicial da vrgula: 0,0016 Posio desejada da vrgula: 0001,6 A vrgula caminhou 3 posies da esquerda para a direita.Assim, podemos escrever 1,6 x 10, ou simplesmente 1,6 m (l-se 1,6 mili).

1.2 Estrutura do tomo: constituio bsicaOs tomos so constitudos por diferentes combinaes das partculas subatmicas (eltrons, prtons e nutrons). Os eltrons possuem carga negativa (-) e se situam nas camadas eletrnicas, girando em torno do ncleo.O prtons , que possuem carga positiva (+), e os nutrons, que possuem carga neutra, se situam no ncleo do tomo.

A Figura 1 mostra como esto dispostas as partculas subatmicas em um tomo.

Figura 1Modelo do tomo de Bohr

1.3 Bandas de energiaNos materiais slidos, os eltrons tem suas possibilidades energticas agrupadas em bandas permitidas, separadas por bandas proibidas.

Figura 2Camadas de energia do tonoAs propriedades eltricas de um determinado material dependem da configurao de suas bandas de energia e do tamanho da banda proibida, que a diferena de energia entre a banda de valncia e a banda de conduo.

1.4 Estrutura do tomo: banda de valnciaA banda de valncia a camada mais externa de energia ocupada por eltrons ligado, estes eltrons so denominados eltrons de valncia.

1.5 Estrutura do tomo: banda de conduoQuando a banda de valncia completamente preenchida, denominados a banda seguinte como banda de conduo. Se a banda que contm os eltrons de valncia no for completamente preenchida, ela passa a ser denominada banda de conduo.

A figura a seguir apresenta a diferena de disposio entre as bandas de conduo nos materiais condutores, isolantes e semi-condutores. Note que a principal diferena entre o material isolante e o semi-condutor reside na distncia energtica entre a banda de conduo com nveis disponveis de energia e a banda de conduo com seus nveis de energia preenchidos.

Figura 3Configurao das bandas de energia dos materiais

2 ELETROSTTICA2.1 Campo Eltrico e Fora EltricaCampo eltrico a regio ao redor de uma carga (positiva ou negativa), na qual, ao se colocar um corpo eletrizado, este fica sujeito a uma fora eltrica.

O campo eltrico uma grandeza vetorial, ou seja, possui intensidade direo e sentido. Cargas positivas geram um campo de atrao e se deslocam no mesmo sentido das linhas de fora, enquanto as cargas negativas geram um campo de repulso sua volta e se deslocam em sentido contrrio s linhas de fora do um campo eltrico, conforme pode ser verificado na figura a seguir.

Figura 4Campo eltrico em torno de uma carga negativa e de uma carga positiva

Representamos o campo eltrico pela letra E, a seta sobre a letra indica que uma grandeza vetorial e sua unidade o N/C (Newton por Coulomb)

O campo eltrico dado pela equao a seguir.

Onde:E Campo Eltrico [N/C]F Fora entre as cargas [N]Q Carga eltrica [C]

2.2 Lei de CoulombSe fosse possvel separar os prtons, os eltrons e os nutrons de um tomo, e lanssemos cada um destes de encontro a um m, os prtons seriam desviados para uma direo, os eltrons para outra e os nutrons no seriam afetados. Chamamos esse fenmeno de carga eltrica.

A carga eltrica dos prtons positiva, a dos eltrons negativa e a dos nutrons, neutra.

Os valores das cargas do prton e do eltron so iguais em mdulo, correspondem carga elementar e com valor igual a 1,6x10C [Coulomb]. Porm, o sinal da carga no prton positivo e no eltron negativo.

A Lei de Coulomb afirma que a intensidade da fora eletrosttica entre duas cargas eltricas diretamente proporcional ao produto dos mdulos das cargas eltricas e inversamente proporcional ao quadrado da distncia entre elas.

Figura 5Fora eletrosttica entre duas cargas eltricas

Onde:F Fora entre as cargas [N]k Constante eletrosttica no vcuo (9x10 Nm/C)Q1 e Q2 Cargas eltricas [C]d Distncia entre as cargas [m]

Cargas com mesmo sinal se repelem e cargas com sinais diferentes se atraem.

2.3 Linhas de ForaAs linhas de fora de um campo eltrico iniciam nas cargas positivas e terminam nas cargas negativas. Estas linhas nunca se cruzam e sua densidade d uma ideia da intensidade de campo eltrico em uma determinada regio, conforme pode ser verificado na figura a seguir.

Figura 6Linhas de fora

2.4 Trabalho e Diferena de Potencial (DDP)Por definio, quando uma fora provoca deslocamento em um corpo ela realiza trabalho sobre este corpo.

Isolando F na equao do campo eltrico, obtemos que a fora eltrica F = Q x E, logo podemos concluir que o campo eltrico gera um deslocamento na carga Q, realizando, assim, trabalho.

Quanto maior o valor do campo, maior a fora que ele capaz de exercer, consequentemente maior o trabalho realizado.

A figura a seguir representa as linhas de fora de um campo eltrico entre duas placas carregadas, uma positivamente e outra negativamente, uma carga positiva inicialmente no ponto A, ser deslocada para o ponto B.

importante observar que cargas positivas movem-se para pontos de menor potencial, enquanto as cargas negativas movem-se para pontos de maior potencial.

Estes dois pontos encontram-se em nveis de potenciais diferentes, no ponto A existe um Va e no ponto B existe um Vb, de intensidades diferentes. Assim, podemos afirmar que:

Onde:V Diferena de potencial [V ou J/C]Va Potencial em A [V]Vb Potencial em B [V]W Trabalho realizado pelo campo eltrico ao deslocar a carga Q do ponto A para o ponto B [J]Q Carga eltrica [C]

realizado trabalho nesse deslocado de carga, pois h uma diferena de potencial entre os dois pontos. Porm, se quisermos deslocar a carga, agora no ponto B, para o ponto C, no haver realizao de trabalho nesse processo, uma vez que no h diferena de potencial.

Delirose RamosPgina 1