Eletrotecnia básica leis gerais do circuito elétrico - 1.ª parte

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eletrotecnia básica leis gerais do circuito elétrico 1.ª PARTE

José V. C. Matias Licenciado em Engenharia Eletrotécnica (IST) Professor do Ensino Secundário Técnico Autor de Livros Técnico-Didáticos de Eletricidade e Eletrónica

Neste número 50 da revista vamos iniciar uma nova Unidade Didática, com o título “Leis Gerais do Circuito Elétrico”. Nesta Unidade, vamos abordar o conjunto das principais Leis da Eletricidade/ Eletrónica – ferramentas indispensáveis a qualquer técnico desta área profissional.

A abordagem deste tema será feita de uma forma sequencial, estabelecendo-se a adequada ligação entre cada assunto tratado.

Se se retirar eletrões a um átomo, ele fica com mais protões do que eletrões e, portanto, carregado positivamente (+ Q).

Se se fornecer eletrões a um átomo, ele fica com mais eletrões do que protões e, portanto, carregado negativamente (- Q).

Concluímos portanto que os corpos podem encontrar-se carregados positivamente (se têm falta de eletrões), negativamente (se têm eletrões em excesso) e ainda no estado neutro.

Na Figura 2 representamos dois corpos diferentemente carregados, um positivamente e outro negativamente.

–Q

+Q

O estudo de qualquer dispositivo ou recetor elétrico tem sempre como base o conjunto das leis gerais do circuito elétrico. Qualquer técnico de eletricidade ou eletrónica deve conhecer essas Leis Fundamentais da Eletricidade e da Eletrónica. Estamos a referir-nos, como é evidente, a leis como: • Lei de Ohm; • Leis da associação de resistências; • Lei de Joule; • Leis de Kirchhoff; • Teorema de Thévenin; • Leis do Magnetismo e Eletromagnetismo.

Só para referirmos algumas das mais importantes!

Ao longo desta nova Unidade Didática – Leis Gerais do Circuito Elétrico -, iremos abordar sucessivamente cada uma delas, de acordo com uma sequência lógica de aprendizagem, relacionando adequadamente os conceitos entre si.

1. POTENCIAL ELÉTRICO. DIFERENÇA DE POTENCIAL Como sabemos, o átomo de qualquer elemento químico é constituído basicamente por um núcleo, com protões (carga elétrica positiva) e neutrões (sem carga elétrica), em torno do qual se movimentam os eletrões (carga elétrica negativa). A carga elétrica de cada eletrão é igual, em módulo, à do protão.

No estado neutro de qualquer átomo, o número de protões é igual ao número de eletrões, pelo que a sua carga elétrica total é nula.

–

–

+ +

+

–

–

Eletrão

+

Protrão Neutrão

+

+

+

–

–

–

+

+

+

–

–

–

Corpo A

Corpo B

FIGURA 2. O CORPO A TEM UMA CARGA ELÉTRICA POSITIVA + Q, A QUE CORRESPONDE UM POTENCIAL ELÉTRICO POSITIVO VA ; O CORPO B TEM UMA CARGA ELÉTRICA NEGATIVA - Q, A QUE CORRESPONDE UM POTENCIAL ELÉTRICO NEGATIVO V B.

Quando um corpo se encontra carregado eletricamente diz-se que possui um determinado potencial elétrico V que se expressa em Volts (V), no Sistema Internacional de Unidades (S.I.). O potencial elétrico de um corpo é, dito de uma forma simples, a capacidade que esse corpo tem de fornecer ou receber eletrões de outro corpo.

Assim, na Figura 2, o corpo A tem o potencial elétrico VA positivo, pois a carga + Q é positiva; o corpo B tem o potencial elétrico V B negativo, pois a carga - Q é negativa. Diz-se então que entre os dois corpos, A e B, existe uma diferença de potencial (d.d.p.)

VA – V B . À diferença de potencial também se dá o nome de tensão elétrica. A diferença de potencial ou tensão elétrica é expressa em Volts (V).

2. CORRENTE ELÉTRICA O que acontece, então, se ligarmos os corpos A e B, diferentemente carregados, por meio de um fio condutor?

Suponhamos por exemplo que temos, no laboratório, um condensador carregado eletricamente, isto é, uma das armaduras metálicas (A) está carregada positivamente e a outra (B) está carregada negativamente, tal como se sugere na Figura 3. Se as ligarmos por meio de dois fios condutores a um galvanómetro, verificamos que o ponteiro do galvanómetro irá deslocar-se bruscamente, indicando que houve movimento de cargas elétricas. Ao fim de breves segundos, o movimento cessa.

Nota: O galvanómetro é um aparelho que indica que há movimento de cargas

FIGURA 1. ESTRUTURA DE UM ÁTOMO. www.oelectricista.pt o electricista 50

elétricas no circuito.

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eletrotecnia básica utilidade prática no funcionamento da generalidade dos recetores e instalações elétricas.

Com efeito, os circuitos elétricos e instalações elétricas necessitam de correntes perfeitamente estabilizadas, de forma a alimentarem os recetores de uma forma contínua e de valor constante. Para obter essas correntes, existem aparelhos chamados geradores elétricos (baterias, pilhas, dínamos, alternadores, e outros), os quais iremos estudar mais adiante.

Assim, as correntes elétricas dividem-se em dois grandes grupos: correntes unidirecionais e correntes bidirecionais.

As correntes unidirecionais têm um só sentido (no condutor); as bidirecionais têm os dois sentidos (no condutor), isto é, variam alternadamente o sentido do movimento dos eletrões, conforme se sugere na Figura.

– A

1 2 3 t

FIGURA 7. CORRENTES BIDIRECIONAIS ALTERNADAS (PERIÓDICAS): 1 – ALTERNADA SINUSOIDAL; 2 – ALTERNADA ‘ONDA QUADRADA’; 3 – ALTERNADA TRIANGULAR.

– B

A

B i

– Unidirecional

i

Bidirecional (A

B, B

A, entre outros)

FIGURA 5. CORRENTES UNIDIRECIONAL E BIDIRECIONAL.

t

As correntes unidirecionais podem ser contínuas ou não contínuas.

A Corrente Contínua (C.C.) i1 representada no gráfico da Figura 6 é uma corrente com um só sentido e com um valor constante, ao longo do tempo t. É o caso da corrente fornecida pelas baterias, pilhas, dínamos.

No mesmo gráfico representamos ainda uma corrente i2 unidirecional, mas com valor variável ao longo do tempo – é a chamada Corrente Alternada retificada.

i i1 i2

t

FIGURA 6. CORRENTES UNIDIRECIONAIS: I1 – CORRENTE CONTÍNUA; I2 – CORRENTE RETIFICADA.

As correntes bidirecionais dividem-se em Correntes Alternadas e Correntes Não Alternadas.

Uma Corrente Alternada (C.A.) é uma corrente bidirecional que, periodicamente, repete os mesmos valores (são correntes periódicas, de período T).

Uma Corrente Não Alternada é uma corrente bidirecional, sem um padrão definido ou com valores positivos diferentes dos negativos.

As Correntes Alternadas podem assumir diferentes formas, sendo as mais vulgares as seguintes: onda sinusoidal, onda quadrada, onda triangular. Na Figura 7 estão representadas algumas das Correntes Alternadas mais usuais. Na Figura 8 representa-se uma corrente bidirecional não-alternada, pois é não-periódica.

A rede elétrica nacional fornece energia elétrica com tensão alternada sinusoidal. www.oelectricista.pt o electricista 50

FIGURA 8. CORRENTE BIDIRECIONAL ‘NÃO-ALTERNADA’ (NÃO-PERIÓDICA).

Quando uma corrente elétrica percorre um circuito elétrico pode produzir os seguintes efeitos: calorífico, químico, magnético, mecânico e luminoso.

O efeito calorífico consiste na libertação de calor provocado pelo choque entre os eletrões e os átomos dos condutores ou dos recetores. Temos como exemplo as resistências de aquecimento.

O efeito químico consiste na transformação química de algumas substâncias quando percorridas por corrente elétrica. Temos como exemplos a eletrólise da água (decomposição da água, acidulada, em oxigénio e em hidrogénio), os acumuladores de energia (transformam a energia elétrica em energia química).

O efeito magnético consiste na produção de campos magnéticos (forças magnéticas) quando o condutor ou recetor é percorrido pela corrente. Temos como exemplos: o trinco elétrico, a campainha elétrica.

O efeito mecânico consiste na produção de movimento em recetores percorridos pela corrente elétrica. Temos como exemplos o motor elétrico (em C.C. ou em C.A.), o eletroíman, a eletroválvula.

O efeito luminoso consiste na produção de luz quando determinados recetores são percorridos pela corrente elétrica. Temos como exemplos a lâmpada de incandescência, a lâmpada fluorescente, os LEDs. É sabido que a corrente elétrica tem, atualmente, um papel importantíssimo no funcionamento global da grande maioria das instalações comerciais, industriais e de lazer. A corrente elétrica, melhor dizendo, a energia elétrica tem permitido grandes avanços na tecnologia e esta, por sua vez, tem também proporcionado novas aplicações para a energia elétrica.

Hoje em dia é impensável viver sem o recurso à eletricidade. Todos conhecemos a angústia quando falta a eletricidade durante algum tempo nas nossas casas. Por isso, conhecer bem os seus fundamentos é uma tarefa importantíssima, principalmente para quem a utiliza profissionalmente.