Carga e Corrente

A matéria é formada por átomos, os quais por sua vez são formados por três tipos de partículas: prótons, elétrons e nêutrons. Os prótons e nêutrons agrupam-se no centro do átomo formando o núcleo. Os elétrons movem-se em torno do núcleo. Num átomo o número de elétrons é sempre igual ao número de prótons. Às vezes um átomo perde ou ganha elétrons; nesse caso ele passa a se chamar íon.

 

 

A experiência mostra que: (Fig. 2)

I – Entre dois prótons existe um par de forças de repulsão;

II – Entre dois elétrons existe um par de forças de repulsão;

III – Entre um próton e um elétron existe um par de forças de atração;

IV – Com os nêutrons não observamos essas forças.

Dizemos que essas forças aparecem pelo fato de elétrons e prótons possuírem carga elétrica. Para diferenciar o comportamento de prótons e elétrons dizemos que a carga do próton é positiva e a carga do elétron é negativa. Porém, como em módulo, as forças exercidas por prótons e elétrons são iguais, dizemos que, em módulo, as cargas do próton e do elétron são iguais. Assim, chamando de qp a carga do próton e qE a carga do elétron temos:

| qE |  =  | qp|

qE = - qp

O mais natural seria dizer que a carga do próton seria uma unidade. No entanto, por razões históricas, pelo fato de a carga elétrica ter sido definida antes do reconhecimento do átomo, a carga do próton e a carga do elétron valem:

qp = + 1,6 . 10-19 coulomb = 1,6 . 10-19  C

qE = - 1,6 . 10-19 coulomb = -1,6 . 10-19  C

onde o coulomb (C) é a unidade de carga elétrica no Sistema Internacional. A carga do próton é também chamada de carga elétrica elementar (e). Assim:

qp = + e = + 1,6 . 10-19 C

qE = - e = - 1,6 . 10-19  C

Como o neutron não manifesta esse tipo de força, dizemos que sua carga é nula.

CONDUTORES E ISOLANTES

Chamamos de condutor elétrico um material que permite a movimentação de cargas elétricas. Os metais são bons condutores pelo fato de existirem os elétrons livres, que são os elétrons mais afastados dos núcleos. Eles estão fracamente ligados aos núcleos e assim movem-se com facilidade. Quando dissolvemos um sal ou um ácido em água, esta provoca a dissociação das moléculas em íons, os quais podem se movimentar. Portanto uma solução iônica também é um condutor.

Chamamos de isolante, um material em que a movimentação de cargas elétricas é muito difícil. Como exemplo temos a borracha, o vidro, a ebonite.

Lei de Coulomb, lei que governa a interação eletrostática entre duas cargas pontuais, descrita por Charles de Coulomb. Entre as muitas manifestações da eletricidade, encontramos o fenômeno da atração ou repulsão entre dois ou mais corpos eletricamente carregados que se encontram em repouso.

De modo geral, estas forças de atração ou repulsão estáticas têm uma forma matemática muito complicada. No entanto, no caso de dois corpos carregados que têm tamanho desprezível em relação à distância que os separa, a força de atração ou repulsão estática entre eles assume uma forma muito simples, que é chamada lei de Coulomb.

A lei de Coulomb afirma que a intensidade da força F entre duas cargas pontuais Q1 e Q2 é diretamente proporcional ao produto das cargas, e inversamente proporcional ao inverso do quadrado da distância R que as separa.

Consideremos duas cargas puntiformes Q1 e Q2, separadas por uma distância d (Figura). Entre elas haverá um par de forças, que poderá ser de atração ou repulsão, dependendo dos sinais das cargas. Porém, em qualquer caso, a intensidade dessas forças será dada por:

 

F – força elétrica entre 2 cargas [ N ]

Ko – constante de Coulomb        Ko = 9 x 109 N.m2/C2

r – distância entre as cargas [ m ]

Essa lei foi obtida experimentalmente pelo físico francês Charles Augustin de Coulomb (1736-1806) e por isso é denominada lei de Coulomb.

Se mantivermos fixos os valores das cargas e variarmos apenas a distância entre elas.

Representação gráfica da lei de Coulomb

Representando a força de interação elétrica em função da distância entre duas cargas puntiformes, obteremos como gráfico uma hipérbole, conforme indica a figura.

  

Campo elétrico

Introduziremos agora o conceito de Campo Elétrico. Este conceito é análogo ao de Campo Gravitacional estudado em Mecânica Newtoniana.

No caso da gravitação um corpo C1 qualquer distorce o espaço-tempo a sua volta que resulta numa aceleração num corpo C2 qualquer que passe nas proximidades. Porém este corpo C2 também distorce o espaço-tempo que é percebido por C1. Para estudar o campo gerado por C1 com a menor influência possível de C2 este tem que ter uma massa muito menor que C1.

Um raciocínio análogo é feito em campos elétricos. Com a diferença que não é a massa que está em jogo, mas sim a carga elétrica.

Ao contrário do que se pensava até fins do século XIX, as cargas elétricas são quantizadas. Não assumem valores discretos, mas sim são múltiplos inteiros de uma carga elementar. A primeira prova experimental de tal carga foi feita por Helmholtz em 1881 utilizando as leis da eletrólise de Faraday, que diz que a passagem de uma certa quantidade de eletricidade através de um eletrólito sempre causa o depósito, no eletrodo, de uma quantidade estritamente definida de um dado elemento. É portanto proporcional a seu equivalente eletroquímico, dado pelo seu peso atômico dividido pela valência. Mais tarde, Millikan (1910-16) fez o famoso experimento da gota de óleo num campo elétrico (veja mais em Millikan Oil-Drop Experiment. Em 1912 Ioffe, na Rússia, fez um experimento semelhante ao de Millikan, porém utilizando a irradiação de partículas de metal em pó (suspensas no ar) por luz ultravioleta. Todos os experimentos chegaram a mesma conclusão, de que a carga é um múltiplo inteiro de uma carga elementar, e seu valor foi determinado com maior ou menor precisão em cada um deles. O valor aceito

atualmente desta carga elementar é . Este é o valor da carga do elétron (negativo) e da carga do próton (positivo).

Existem cargas menores como a dos quarks, porém os quarks não "sobrevivem" isoladamente por muito tempo. Logo eles se combinam com outros quarks formando prótons e nêutrons, ou formam pares de quark-antiquark que são chamados mésons.

Prótons e neutrons são formados de 3 quarks cada. O próton é formado por 2 quarks tipo u e um quark tipo d ( uud ) . E o neutron por 2 quarks tipo d e um quark tipo u ( udd ) . A carga do quark tipo u vale 2/3 e a do quark tipo d - 1/3 .

Para estudarmos portanto o campo elétrico gerado por uma carga Qj qualquer utilizaremos uma segunda carga qi muito menor que a primeira. Uma carga elementar. Assim estudaremos os efeitos causados em qi pela carga Qj. Desta forma, dizemos que o Campo Elétrico é dado pela força sentida pela carga qi por unidade de carga. Ou seja:

A unidade de campo elétrico é o N/C. Então teremos mais precisamente:

Juntando as equações (1.2) e (2.1) teremos que:

Como discutimos anteriormente a Força Elétrica é um vetor. Da mesma maneira o Campo Elétrico também é um vetor que tem a mesma direção e sentido da força no ponto onde a carga qi se encontra.

Cálculo do campo elétrico

O cálculo do campo elétrico num ponto p qualquer devido a uma carga Q é dado pela equação:

onde r é a distância da carga Q ao ponto p.

No caso de mais de uma carga agindo no ponto p o cálculo é feito utilizando-se a equação (2.2). Um caso de particular importância é quando temos 2 cargas de mesmo valor mas de sinais contrários separados por uma distância 2a (vide figura abaixo). Estudamos o campo elétrico num ponto p a uma distância d qualquer muito maior que 2a situado sobre a mediatriz do segmento que une Q + eQ − . A este sistema chamamos

de Dipolo Elétrico.

Chamaremos as carga Q + eQ − de Q1eQ2 respectivamente. Logo o campo elétrico no

ponto p é a soma vetorial dos campos . Os campos devido as cargas Q1eQ2 separadamente são:

O campo total será então:

Analisando a decomposição dos vetores campo em x e em y, conforme figura abaixo, vemos que as componentes em x se anulam, sendo o campo no ponto p composto

somente pelas componentes em y dos campos e .

Teremos então:

sendo que e . Sabemos também que os valores das cargas Q1 e Q2, conforme haviamos dito anteriormente, são iguais. Podemos então reescrever a equação para:

como poderemos desprezar a na equação. Teremos então:

Chamamos ao produto de momento do dipolo elétrico. Então:

Observem que num dipolo o campo decresce com o cubo da distância e não com o quadrado como no caso de uma carga isolada.

Vamos ao problema: Acabamos de ver um dipolo elétrico. Imagine o dipolo da figura acima, tendo as cargas negativa e positiva presas uma à outra. Agora colocaremos este dipolo num campo elétrico uniforme com linhas paralelas (vide item Linhas de força abaixo) e perpendiculares ao eixo que une as cargas. O que acontecerá ao dipolo?

Uma outra situação interessante é a de um anel carregado. Tendo um anel uniformemente carregado (digamos positivamente), calcularemos o campo elétrico num ponto p situado a uma distância x do centro do anel. Vide a figura abaixo:

Para esta análise utilizaremos os conceitos de diferencial e integral. Sobre estes assuntos recomendamos a leitura do livro Cálculo I.

Tomemos um elemento do anel que contém uma carga elementar dada por:

onde a é o ráio do anel e é a circunferência.

Este elemento produz um campo elétrico diferencial no ponto p, conforme mostra a figura acima. Para obtermos o campo elétrico resultante em p deveremos integrar os efeitos de todos os elementos do anel. Como o campo é um vetor teremos a seguinte integral vetorial:

Como vimos no exemplo do dipolo, aqui também teremos a anulação de uma componente dos vetores. Neste caso será a componente em y que será anulada. Poderemos, então, reescrever a equação acima como uma integral escalar, levando-se em conta somente as componentes do eixo x.

teremos:

O valor da integral é a própria circunferência do anel .

fazendo-se temos:

Compare a equação (2.4) com a (2.2). Concluimos que a distâncias muito maiores que o raio do anel, ele se comporta como uma carga puntiforme.

Linhas de força

Vimos que a toda carga elétrica está associado um campo elétrico que a envolve. Sabemos disto pois ao analizar-se um ponto qualquer desta região, colocando-se uma carga de prova, detectamos a presença de uma força (Força Elétrica) neste ponto. Mas como "visualizar" este campo?

Quando espalhamos limalha de ferro sobre um campo magnético de um imã permanente (que estudaremos mais tarde) verificamos um alinhamento da limalha na direção do campo, concentrando-se nas áreas de maior intensidade do campo (ver em Linhas de Força). Foi inspirado na limalha de ferro que Faraday introduziu o conceito de Linhas de força do campo.

Linha de força é definida como uma curva tangente em cada ponto à direção do campo neste ponto. Assim, dada uma linha de força, fica fácil determinarmos a direção do campo elétrico em cada ponto, pois será a tangente à curva. Além da direção, as linhas de força nos fornecem também o sentido do campo no ponto, indicado por sua orientação. Somente a intensidade não é possível de se determinar. Mas analizando a densidade de linhas num determinado ponto teremos uma idéia de regiões cujos campos são mais ou menos intensos.

Como vimos anteriormente (Cargas elétricas) existem cargas positivas e negativas. Convencionaremos que as linhas de força de uma carga puntiforme terão direção radial apontando para "fora" se for positiva ou para "dentro" se for negativa (veja a figura abaixo).

Visto isto, como ficariam as linhas de força do nosso Dipolo Elétrico estudado no item anterior? Como as cargas positivas e negativas se atraem, as linhas de força que "saem" da carga positiva encontram-se com as linhas que "entram" na carga negativa. Esquematicamente seria como a figura abaixo:

Devemos nos lembrar que existe ainda a simetria axial em torno do eixo z. As figuras estão representadas somente no plano ( x y. A figura acima, por exemplo, deverá ser repensada fazendo-se a rotação em torno do eixo que une as duas cargas. Como ilustração, as linhas de força de uma carga positiva, por exemplo, seria representada como a figura abaixo:

É importante reconhecer os eixos de simetria de um problema, pois nos permite prever a simetria das linhas de força. O que nos será muito útil no estudo a seguir de Fluxo Elétrico e a Lei de Gauss. No caso da figura acima, de uma esfera carregada, as linhas de força são radiais, sendo portanto de simetria esférica. Agora imagine um plano carregado positivamente, por exemplo. Teremos uma simetria plana com as linhas de força paralelas entre si e perpendiculares ao plano. Repare que o sentido das linhas acima e abaixo do plano são opostos.

Em um fio cilindrico carregado teremos a simetria radial, com as linhas de força radiais em planos perpendiculares ao fio. Tem a direção do vetor unitário em coordenadas cilindricas .

Energia potencial elétrica

Imagine dois objetos eletrizados, com cargas de mesmo sinal, inicialmente afastados. Para aproximá-los, é necessária a ação de uma força externa, capaz de vencer a repulsão elétrica entre eles. O trabalho realizado por esta força externa mede a energia transferida ao sistema, na forma de energia potencial de interação elétrica. Eliminada a força externa, os objetos afastam-se novamente, transformando a energia potencial de interação elétrica em energia cinética à medida que aumentam de velocidade. O aumento da energia cinética corresponde exatamente à diminuição da energia potencial de interação elétrica.

Potencial elétrico

Com relação a um campo elétrico, interessa-nos a capacidade de realizar trabalho, associada ao campo em si, independentemente do valor da carga q colocada num ponto desse campo. Para medir essa capacidade, utiliza-se a grandeza potencial elétrico.

Para obter o potencial elétrico de um ponto, coloca-se nele uma carga de prova q e mede-se a energia potencial adquirida por ela. Essa energia potencial é proporcional ao valor de q. Portanto, o quociente entre a energia potencial e a carga é constante. Esse quociente chama-se potencial elétrico do ponto.

Diferença de potencial

A diferença de potencial entre dois pontos, em uma região sujeita a um campo elétrico, depende apenas da posição dos pontos. Assim, podemos atribuir a cada ponto um potencial elétrico, de tal maneira que a diferença de potencial entre eles corresponda exatamente à diferença entre seus potenciais, como o próprio nome indica.

Físicamente, é a diferença de potencial que interessa, pois corresponde ao trabalho da força elétrica por unidade de carga.

POTENCIAL ELÉTRICO

Com relação a um campo elétrico interessa-nos a capacidade de realizar trabalho, associada ao campo em si, independentemente do valor da carga q colocada num ponto desse campo. Para medir essa capacidade, utiliza-se a grandeza potencial elétrico.

Para obter o potencial elétrico de um ponto, coloca-se nele uma carga de prova q e mede-se a energia potencial adquirida por ela. Essa energia potencial é proporcional ao valor de q. Portanto, o quociente entre a energia potencial e a carga é constante. Esse quociente chama-se potencial elétrico do ponto. Ele pode ser calculado pela expressão:

onde V é o potencial elétrico, Ep a energia potencial e q a carga. A unidade no S.I. é J/C = V (volt)

Portanto, quando se fala que o potencial elétrico de um ponto L é VL = 10 V, entende-se que este ponto consegue dotar de 10J de energia cada unidade de carga da 1C. Se a carga elétrica for 3C por exemplo, ela será dotada de uma energia de 30J, obedecendo à proporção. Vale lembrar que é preciso adotar um referncial para tal potencial elétrico. Ele é uma região que se encontra muito distante da carga, localizado no infinito.

Para calcular o potencial elétrico devido a uma carga puntiforme usa-se a fórmula:

No S.I. , d em metros , K é a constante dielétrica do meio, e Q a carga geradora.

Como o potencial é uma quantidade linear, o potencial gerado por várias cargas é a soma algébrica (usa-se o sinal) dos potenciais gerados por cada uma delas como se estivessem sozinhas:

Superfície equipotencial

Superfície equipotencialQuando uma carga puntiforme está isolada no espaço, ela gera um campo elétrico em sua volta. Qualquer ponto que estiver a uma mesma distância dessa carga possuirá o mesmo potencial elétrico. Portanto, aparece ai uma superfície equipotencial esférica. Podemos também encontrar superfícies equipotenciais no campo elétrico uniforme, onde as linhas de força são paralelas e equidistantes. Nesse caso, as superfícies equipotenciais localizam-se perpendicularmente às linhas de força (mesma distância do referencial). O potencial elétrico e distância são inversamente proporcionais, portanto o gráfico cartesiano Vxd é uma assimptota.

Nota-se que, percorrendo uma linha de força no seu sentido, encontramos potenciais elétricos cada vez menores.

Vale ainda lembrar que o vetor campo elétrico é sempre perpendicular à superfície equipotencial, e consequentemente a linha de força que o tangencia também.

VA = VB = VC = V

Potencial elétrico no eletromagnetismo

No eletromagnetismo, potencial elétrico ou potencial eletrostático é um campo equivalente à energia potencial associada a um campo elétrico estático dividida pela carga elétrica de uma partícula-teste. A unidade de medida do SI para o potencial é o volt. Como um bom potencial, apenas diferenças de potencial elétrico possuem significado físico.

O potencial elétrico gerado por uma carga puntual q a uma distância r é, a menos de uma constante arbitrária, dado por:

CAPACITORES

Michael Faraday (1791 - 1867)

Um dispositivo muito usado em circuitos elétricos é denominado capacitor. Este aparelho é destinado a armazenar cargas elétricas e é constituído por dois condutores separados por um isolante: os condutores são chamados armaduras (ou placas) do capacitor e o isolante é o dielétrico do capacitor. Costuma-se dar nome a esses aparelhos de acordo com a forma de suas armaduras. Assim temos o capacitor plano, capacitor cilíndrico, capacitor esférico, etc. O dielétrico pode ser um isolante qualquer como o vidro, a parafina, o papel e muitas vezes o próprio ar.

A quantidade de carga armazenada na placa de um capacitor é diretamente proporcional à diferença de potencial entre as placas. O quociente entre carga (Q) e diferença de potencial (U) é então uma constante para um determinado capacitor e recebe o nome de capacitância (C).

Quando o capacitor possui um isolante elétrico entre suas placas, sua capacitância aumenta. Este isolante dificulta a passagem das cargas de uma placa a outra, o que descarregaria o capacitor. Dessa forma, para uma mesma diferença de potencial, o capacitor pode armazenar uma quantidade maior de carga.

Os capacitores são amplamente utilizados em rádios, gravadores, televisores, circuitos elétricos de veículos, etc.

CAPACITADORES

Um Capacitor ou Condensador é um componente que armazena energia num campo elétrico, acumulando um desequilíbrio interno de carga elétrica.

Física do capacitor

Visão geral

Os formatos típicos consistem em dois eletrodos ou placas que armazenam cargas opostas. Estas duas placas são condutoras e são separadas por um isolante ou por um dielétrico. A carga é armazenada na superfície das placas, no limite com o dielétrico. Devido ao fato de cada placa armazenar cargas iguais, porém opostas, a carga total no dispositivo é sempre zero.

Capacitância

A propriedade que estes dispositivos têm de armazenar energia elétrica sob a forma de um campo eletrostático é chamada de capacitância (C) e é medida pelo quociente da quantidade de carga (Q) armazenada pela diferença de potencial ou voltagem (V) que existe entre as placas:

Pelo Sistema Internacional (SI), um capacitor tem a capacitância de um Farad (F) quando um Coulomb de carga causa uma diferença de potencial de um Volt (V) entre as placas. O Farad é uma unidade de medida considerada muito grande para circuitos práticos, por isso, são utilizados valores de capacitâncias expressos em microfarads (µF), nanofarads (nF) ou picofarads (pF).

A equação acima é exata somente para valores de Q muito maiores que a carga do elétron (e = 1.602·10-19C). Por exemplo, se uma capacitância de 1 pF fosse carregada a uma tensão de 1 µV, a equação perderia uma carga Q = 10-19C, mas isto seria impossível já que seria menor do que a carga em um único elétron. Entretanto, as experiências e as teorias recentes sugerem a existência de cargas fracionárias.

A capacitância de uma capacitor de placas paralelas constituído de dois eletrodos planos idênticos de área A separados à distância constante d é aproximadamente igual a:

onde

C é a capacitância em farads

e0 é a permissividade eletrostática do vácuo ou espaço livre

er é a constante dielétrica ou permissividade relativa do isolante utilizado.

Energia

A energia (no SI, medida em Joules) armazenada em um capacitor é igual ao trabalho feito para carregá-lo. Considere um capacitor com capacitância C, com uma carga +q em uma placa e -q na outra. Movendo um pequeno elemento de carga dq de uma placa para a outra contra a diferença de potencial V = q/C necessita de um trabalho dW:

Nós podemos descobrir a energia armazenada em um capacitor integrando essa equação. Começando com um capacitor descarregado (q=0) e movendo carga de uma placa para a outra até que as placas tenham carga +Q e -Q, necessita de um trabalho W:

Circuitos elétricos

Os elétrons não podem passar diretamente através do dielétrico de uma placa do capacitor para a outra. Quando uma voltagem é aplicada a um capacitor através de um circuito externo, a corrente flui para uma das placas, carregando-a, enquanto flui da outra placa, carregando-a, inversamente. Em outras palavras, quando a voltagem ou tensão que flui por um capacitor muda, o capacitor será carregado ou descarregado.

A fórmula corrente é dada por:

Onde I é a corrente fluindo na direção convencional, e dV/dt é a derivada da voltagem ou tensão, em relação ao tempo.

No caso de uma tensão contínua (DC ou também designada CC) logo um equilíbrio é encontrado, onde a carga das placas correspondem à tensão aplicada pela relação Q=CV, e nenhuma corrente mais poderá fluir pelo circuito. Logo a corrente contínua (DC) não pode passar. Entretanto, correntes alternadas (AC) podem: cada mudança de tensão ocasiona carga ou descarga do capacitor, permitindo desta forma que a corrente flua. A quantidade de "resistência" de um capacitor, sob regime AC, é conhecida como reatância capacitiva, e a mesma varia conforme varia a frequência do sinal AC. A reatância capacitiva é dada por:

Onde:

XC = reatância capacitiva, medida em ohms

f = freqüência do sinal AC, em Hertz - Hz

C = capacitância medida em Farads F

É denominada capacitância pois o capacitor reage a mudanças na tensão, ou diferença de potencial.

Desta forma a reatância é proporcionalmente inversa à freqüência do sinal. Como sinais DC (ou CC) possuem freqüência igual a zero, a fórmula confirma que capacitores bloqueiam completamente a corrente aplicada diretamente, após um determinado tempo, em que o capacitor está carregando. Para correntes alternadas (AC) com freqüências muito altas a reatância, por ser muito pequena, pode ser desprezada em análises aproximadas do circuito.

A impedância de um capacitor é dada por:

cujo j é o número imaginário.

Portanto, a reatância capacitiva é o componente imaginário negativo da impedância.

Em um circuito sintonizado tal como um receptor de rádio, a freqüência selecionada é uma função da indutância (L) e da capacitância (C) em série, como dado em

Essa é a freqüência na qual a ressonância ocorre, em um circuito RLC em série.

Associação de capacitores

Num circuito de condensadores montados em paralelo [blue] todos estão sujeitos à mesma diferença de potencial (voltagem). Para calcular a sua capacidade total (Ceq):

A corrente que flui através de capacitores em série é a mesma, porém cada capacitor terá uma queda de voltagem (diferença de potencial entre seus terminais) diferente. A soma das diferenças de potencial (voltagens) é igual a diferença de potencial total. Para conseguir a capacitância total:

Na associação mista de capacitores, tem-se capacitores associados em série e em paralelo. Nesse caso, o capacitor equivalente deve ser obtido, resolvendo-se o circuito em partes, conforme a sua configuração. Por isso, calcule, antes associação de capacitores em série para após efetuar o cálculo dos capacitores em paralelo.

Capacitores Comuns

Pequenos capacitores de vários tipos estão disponíveis comercialmente com capacitâncias variando da faixa de pF até mais do que um Farad, e voltagem acima de milhares de volts. Em geral, quanto maior a capacitância e a voltagem, maior o tamanho físico do capacitor (e geralmente, um preço maior também). A tolerância para capacitores discretos é geralmente especificada como 5% ou 10%.

Capacitores são freqüentemente classificados de acordo com o material usados como dielétrico.

Os seguintes tipos de dielétricos são usados:

cerâmica (valores baixos até cerca de 1µF)

C0G or NP0 - tipicamente de 4.7pF a .047uF, 5%. Alta tolerância e performance de temperatura. Maiores e mais caros

X7R - tipicamente de 3300pF a .33uF, 10%. Bom para acoplamento não-crítico, aplicações com timer.

Z5U - tipicamente de .01uF a 2.2uF, 20%. Bom para aplicações em bypass ou acoplamentos. Baixo preço e tamanho pequeno.

poliestireno (geralmente na escala de picofarads)

poliéster (de aproximadamente 1nF até 1µF)

polipropilêno (baixa perda. alta voltagem, resistente a avarias)

tântalo (compacto, dispositivo de baixa voltagem, de até 100µF aproximadamente)

eletrolítico (de alta potência, compacto mas com muita perda, na escala de 1µF-1000µF)

ar

Propriedades importantes dos capacitores, além de sua capacitância, são a máxima voltagem de trabalho e a quantidade de energia perdida no dielétrico. Para capacitores de alta potência a corrente máxima e a Resistência em Série Equivalente (ESR) são

considerações posteriores. Um ESR típico para a maioria dos capacitores está entre 0.0001 e 0.01 ohm, valores baixos preferidos para aplicações de correntes altas.

Já que capacitores têm ESRs tão baixos, eles têm a capacidade de entregar correntes enormes em circuitos curtos, o que pode ser perigoso. Por segurança, todos os capacitores grandes deveriam ser descarregados antes do manuseio. Isso é feito colocando-se um resistor pequeno de 1 a 10 ohm nos terminais, isso é, criando um circuito entre os terminais, passando pelo resistor.

Capacitores também podem ser fabricados em aparelhos de circuitos integrados de semicondutores, usando linhas metálicas e isolantes num substrato. Tais capacitores são usados para armazenar sinais analógicos em filtros chaveados por capacitores, e para armazenar dados digitais em memória dinâmica de acesso aleatória (DRAM). Diferentemente de capacitores discretos, porém, na maior parte do processo de fabricação, tolerâncias precisas não são possíveis (15-20% é considerado bom).

Identificação do valor no capacitor cerâmico

Os capacitores cerâmicos, apresentam impressos no próprio corpo, um conjunto de três algarismos e uma letra. Para se obter o valor do capacitor, os dois primeiros algarismos, representam os dois primeiros digitos do valor do capacitor e o terceiro algarismo (algarismo multiplicador), representa o número de zeros à direita, a letra representa a tolerância (podendo ser omitida)do capacitor (faixa de valores em que a capacitância variará)para os capacitores cerâmicos até 10pF é expressa em pF os acima de 10pF é expressa em porcentagem. O valor é expresso em pF. Por exemplo um capacitor com 224F impresso no próprio corpo, possuirá uma capacitância de 220000pF com uma tolerância de +/- 1% (seu valor pode ser um porcento a mais ou a menos desse valor.)

Identificação do valor no capacitor de poliéster

Para a identificação dos valores do capacitor de poliéster é usado um conjunto de 5 faixas coloridas (conforme tabela), embora seja um método em desuso pelos fabricantes, no qual cada faixa representará respectivamente:primeiro algarismo,segundo algarismo, algarismo multiplicador, tolerância e tensão.O valor é obtido em pF.

Capacitores variáveis

Há dois tipos distintos de capacitores variáveis, cujas capacitâncias podem ser mudadas intencionalmente e repetidamente ao longo da vida do dispositivo:

Aqueles que usam uma construção mecânica para mudar a distância entre as placas, ou a superfície da área das placas superpostas. Esses dispositivos são chamados capacitores de sintonia, ou simplesmente "capacitores variáveis", e são usados em equipamentos de telecomunicação para sintonia e controle de freqüências.Neste tipo de capacitor o elemento dielétrico é o próprio ar.

Aqueles que usam o fato de que a espessura da camada de depleção de um diodo varia com a voltagem da corrente contínua atravessando o diodo. Esses diodos são chamados de diodos de capacitância variável, varactores ou varicaps.

Qualquer diodo exibe esse efeito, mas dispositivos vendidos especificamente como varactores têm uma área de junção grande and a doping profile specifically designed to maximize capacitance.

Em um capacitor microfone (comumente conhecido como um microfone condensador), o diafragma age como uma placa do capacitor, e as vibrações produzem alterações na distância entre o diafragma e uma placa fixa, alterando a voltagem entre as placas.

Capacitores de Camada Dupla Elétrica (EDLCs)

Esses dispositivos, freqüentemente chamados de supercapacitores ou ultracapacitores para simplificar, são capacitores que usam uma camada de eletrolítico de espessura molecular, ao invés de uma folha manufataurada de material, como o dielétrico. Como a energia armazenada é inversamente proporcional à espessura do dielérico, esses capacitores têm uma densidade de energia extremamente alta. Os eletrodos são feitos de carbono ativado, que tem uma área de superfície alta por unidade de volume, aumentando a densidade de energia do capacitor. EDLCs individuais têm capacitâncias de centenas ou até milhares de farads.

Os EDLCs podem ser usados como substitutos para baterias em aplicações em que uma grande corrente de descarga seja nencessária. Eles também podem ser recarregados centenas de milhares de vezes, diferentemente das baterias convencionais que duram apenas algumas poucas centenas ou milhares de ciclos de recarga.

Aplicações

Capacitores são comumente usados em fontes de energia onde elas suavizam a saída de uma onda retificadora completa ou metade.

Por causa de os capacitores passarem sinais de Corrente Alternada mas bloquearem Corrente Contínua, eles são freqüentemente usados para separar componentes de AC e DC de um sinal. Este método é conhecido como acoplamento AC.

Capacitores também são usados na correção de fator de potência. Tais capacitores freqüentemente vêm como três capacitores conectados como um carga de três fases. Geralmente, os valores desses capacitores são dados não em farads, mas em potência reativa em volts-amps reativos (var).

História

A Jarra de Leyden, primeira forma de capacitor, fora inventada na Universidade de Leiden, na Holanda. Era uma jarra de vidro coberta com metal. A cobertura interna era conectada a uma vareta que saia da jarra e terminava numa bola de metal

Corrente de Deslocamento

O físico James Clerk Maxwell inventou o conceito de corrente de deslocamento, dD/dt, para fazer a Lei de Ampère consistente com a conservação de carga em casos em que a carga se acumula, por exemplo num capacitor. Ele interpretou isso como um movimento real de cargas, mesmo no vácuo, onde ele supôs que corresponderia ao movimento de cargas de um dipolo no éter. Embora essa interpretação tenha sido abandonada, a correção de Maxwell à lei de Ampere permanece válida (um campo elétrico variável, produz um campo magnético).

A corrente de deslocamento deve ser incluída, por exemplo, para aplicação das Leis de Kirchhoff a um capacitor.

CHOQUES ELÉTRICOS

Choque elétrico é o conjunto de perturbações de natureza e efeitos diversos, que se manifestam no organismo humano ou animal, quando este é percorrido por corrente elétrica. As manifestações relativas ao choque elétrico dependendo das condições e intensidade da corrente, podem ser desde uma ligeira contração superficial até uma violenta contração muscular que pode provocar a morte. Até chegar de fato a morte existem estágios e outras conseqüências que veremos adiante. Os tipos mais prováveis de choque elétrico são aqueles que a corrente elétrica circula da palma de uma das mãos à palma da outra mão, ou da palma da mão até a planta do pé.Existem 3 categorias de choque elétrico :

Choque produzido por contato com circuito energizado

Aqui o choque surge pelo contato direto da pessoa com a parte energizada da instalação, o choque dura enquanto permanecer o contato e a fonte de energia estiver ligada. As conseqüências podem ser pequenas contrações ou até lesões irreparáveis.

Choque produzido por contato com corpo eletrizado

Neste caso analisaremos o choque produzido por eletricidade estática, a duração desse tipo de choque é muito pequena, o suficiente para descarregar a carga da eletricidade contida no elemento energizado. Na maioria das vezes este tipo de choque elétrico não provoca efeitos danosos ao corpo, devido a curtíssima duração.

Choque produzido por raio ( Descarga Atmosférica )

Aqui o choque surge quando acontece uma descarga atmosférica e esta entra em contato direto ou indireto com uma pessoa, os efeitos desse tipo de choque são terríveis e imediatos, ocorre casos de queimaduras graves e até a morte imediata.

Avaliação da Corrente Elétrica Produzida por Contato com Circuito Energizado

Para avaliação da corrente elétrica que circula num circuito vamos utilizar a Lei de Ohm, que estabelece o seguinte : I = V/R, onde : I = Corrente em Ampéres

V = Voltagem em Volts

R = Resistência em Ohms

Lei de Ohm estabelece que a intensidade da corrente elétrica que circula numa carga é tão maior quanto maior for a tensão, ou menor quanto menor for a tensão. No caso do choque elétrico o corpo humano participa como sendo uma carga, o corpo humano ou animal é condutor de corrente elétrica, não só pela natureza de seus tecidos como pela

grande quantidade de água que contém.O valor a resistência em Ohms do corpo humano varia de individuo para individuo, e também varia em função do trajeto percorrido pela corrente elétrica. A resistência média do corpo humano mediada da palma de uma das mãos à palma da outra, ou até a planta do pé é da ordem de 1300 a 3000 Ohms, de acordo com a Lei de Ohm, e com base no valor da resistência do corpo humano podemos avaliar a intensidade da corrente elétrica produzida por um choque elétrico, isso serve de análise dos efeitos provocados pela corrente elétrica em função de sua intensidade.

Primeiros Socorros vítima de choque elétrico

As chances de salvamento da vítima de choque elétrico diminuem com o passar de alguns minutos, pesquisas realizadas apresentam as chances de salvamento em função do número de minutos decorridos do choque aparentemente mortal, pela análise da tabela abaixo esperar a chegada da assistência médica para socorrer a vítima é o mesmo que assumir a sua morte, então não se deve esperar o caminho é a aplicação de técnicas de primeiros socorros por pessoa que esteja nas proximidades.O ser humano que esteja com parada respiratório e cardíaca passa a ter morte cerebral dentro de 4 minutos, por isso é necessário que o profissional que trabalha com eletricidade deve estar apto a prestar os primeiros socorros a acidentados, especialmente através de técnicas de reanimação cádio-respiratória.

Chances de Salvamento

Tempo após o choque p/ iniciar respiração artificial Chances de reanimação da vítima

1 minuto 95 %

2 minutos 90 %

3 minutos 75 %

4 minutos 50 %

5 minutos 25 %

6 minutos 1 %

8 minutos 0,5 %

Método da respiração artificial "Hoger e Nielsen", para reanimação de vítimas de choque elétrico

A respiração artificial é empregada em todos os casos em que a respiração natural é interrompida. O método de "Holger e Nielsen"consiste em um conjunto de manobras mecânicas por meio das quais o ar , em certo e determinado ritmo, é forçado a entrar e sair alternadamente dos pulmões. As instruções gerais referentes à aplicação desse método são as seguintes :

Antes de tocar o corpo da vítima, procure livra la da corrente elétrica, com a máxima segurança possível e a máxima rapidez, nunca use as mãos ou qualquer objeto metálico ou molhado para interromper um circuito ou afastar um fio.

Não mova a vítima mais do que o necessário à sua segurança.

Antes de aplicar o método, examine a vítima para verificar se respira, em caso negativo, inicie a respiração artificial.

Quanto mais rapidamente for socorrida a vítima, maior será a probabilidade de êxito no salvamento.

Chame imediatamente um médico e alguém que possa auxilia lo nas demais tarefas, sem prejuízo da respiração artificial, bem como, para possibilitar o revezamento de operadores.

Procure abrir e examinar a boca da vítima ao ser iniciada a respiração artificial, afim de retirar possíveis objetos estranhos (dentadura, palito, alimentos, etc.), examina também narinas e garganta.Desenrole a língua caso esteja enrolada, em caso de haver dificuldade em abrir a boca da vítima, não perca tempo, inicie o método imediatamente e deixe essa tarefa a cargo de outra pessoa.

Desaperte punhos, cinta, colarinho, ou quaisquer peças de roupas que por acaso apertem o pescoço, peito e abdome da vítima.

Agasalhe a vítima, a fim de aquece la, outra pessoa deve cuidar dessa tarefa de modo a não prejudicar a aplicação da respiração artificial.

Não faça qualquer interrupção por menor que seja, na aplicação da respiração artificial.

Não faça qualquer interrupção por menor que seja, na aplicação do método, mesmo no caso de se tornar necessário o transporte da vítima a aplicação deve continuar.

Não distraia sua atenção com outros auxílios suplementares que a vitima necessita, enquanto estiver aplicando o método, outras pessoas devem ocupar se deles.

O tempo de aplicação é indeterminado, podendo atingir 5 horas ou mais, enquanto houver calor no corpo da vítima e sta não apresentar rigidez cadavérica há possibilidade de salvamento.

O revezamento de pessoas, durante a aplicação deve ser feito de modo a não alterar o ritmo da respiração artificial.

Ao ter reinício a respiração natural, sintonize o ritmo da respiração artificial com a natural.

Depois de recuperada a vítima, mantenha a em repouso e agasalhada, não permitindo que se levante ou se sente, mesmo que para isso precise usar força, não lhe de beber, a fim de evitar que se engasgue, após a recuperação total da vítima, pode dar lhe então café ou chá quente.

Não aplique injeção alguma, até que a vítima respire normalmente.

Este caso aplica se em qualquer caso de colapso respiratório, como no caso de pessoas intoxicadas por gases venenosos ou que sofram afogamentos.

Na maioria dos casos de acidente por choque elétrico, a MORTE é apenas APARENTE, por isso socorra a vítima rapidamente sem perda de tempo.

Método da salvamento artificial "Hoger e Nielsen", para reanimação de vítimas de choque elétrico

1-Deite a vítima de bruços com a cabeça voltada para um dos lados e a face apoiada sobre uma das mãos tendo o cuidado de manter a boca da vítima sempre livre.

2-Ajoelhe se junto à cabeça da vítima e coloque as palmas das mãos exatamente nas costas abaixo dos ombros com os polegares se tocando ligeiramente.

3-Em seguida lentamente transfira o peso do seu corpo para os braços esticados, até que estes fiquem em posição vertical, exercendo pressão firme sobre i tórax.

4-Deite o corpo para trás, deixando as mãos escorregarem pelos braços da vítima até um pouco acima dos seus cotovelos; segure os com firmeza e continue jogando o corpo para trás, levante os braços da vítima até que sinta resistência: abaixe os então até a posição inicial, completando o ciclo, repita a operação no ritmo de 10 a 12 vezes por minuto.

Método da respiração artificial Boca - a - Boca

Deite a vítima da costas com osbraços estendidos.

Restabeleça a respiração : coloque a mão na nuca do acidentados e a outra na testa, incline a cabeça da vítima para trás.

Com o polegar e o indicador aperte o nariz, para evitar a saída do ar.

Encha os pulmões de ar.

Cubra a boca da vítima com a sua boca, não deixando o ar sair.

Sopre até ver o peito erguer se.

Solte as narinas e afaste os seus lábios da boca da vítima para sair o ar.

Repita esta operação, a razão de 13 a 16 vezes por minuto.

Continue aplicando este método até que a vítima respire por si mesma.

Aplicada a respiração artificial pelo espaço aproximado de 1 minuto, sem que a vítima dê sinais de vida, poderá tratar se de um caso de Parada cardíaca.

Para verificar se houve Parada Cardíaca, existem 2 processos

Pressione levemente com as pontas dos dedos indicador e médio a carótida, quase localizada no pescoço, junto ao pomo de Adão ( Gogó ).

Levante a pálpebra de um dos olhos da vítima, de a pupila ( menina dos olhos ) se contrair, é sinal que o coração está funcionando, caso contrario, se a pupila permanecer dilatada, isto é, sem reação, é sinal de que houve uma parada cardíaca.

Ocorrendo a Parada Cardíaca

Deve se aplicar sem perda de tempo, a respiração artificial e a massagem cardíaca, conjugadas.

Esta massagem deve ser aplicada sobre o coração, que esta localizado no centro do Tórax entre o externo e a coluna vertical. Colocar as 2 mãos sobrepostas na metade inferior do externo, como indica a figura.

Pressionar, com suficiente vigor, para fazer abaixar o centro do Tórax, de 3 a 4 cm, somente uma parte da mão deve fazer pressão, os dedos devem ficar levantados do Tórax.

Repetir a operação : 15 massagens cardíacas e 2 respirações artificiais, até a chegada do socorro mais especializado.

Fonte: www.bombeirosemergencia.com.br

CHOQUES ELÉTRICOS

O choque elétrico é a reação do organismo à passagem da corrente elétrica. Eletricidade, por sua vez é o fluxo de elétrons de um átomo, através de um condutor, que vem a ser qualquer material que deixe a corrente elétrica passar facilmente (cobre, alumínio, água, etc.). Por outro lado, isolante é o material que não permite que a eletricidade passe através dele: vidro, plástico, borracha, etc.

Pode-se dizer que o progresso, no campo, está sempre associado à energia elétrica, que pode ser usada na casa (lâmpadas, geladeira, TV, chuveiro, etc.), no galpão (ordenhadeira mecânica, incubadora, picadeira, etc.), na conservação e transformação de alimentos (resfriadora de leite, estufa, freezer, etc.), no acionamento de máquinas e motores (para bombear água, na irrigação por aspersão, etc.) e em várias outras aplicações.

As fontes de eletricidade, na zona rural, se manifestam através dos seguintes equipamentos ou fenômenos:

raios

peixe-elétrico (o Poraquê)

atrito (eletricidade estática)

baterias (alimentadas por cataventos)

painéis fotovoltáicos (energia solar)

turbinas (energia hidráulica)

motores estacionários (geradores) e

motores elétricos

A energia elétrica, apesar de ser muito útil, é muito perigosa e pode provocar graves acidentes. A eletricidade provoca: queimaduras (até de terceiro grau), coagulação do sangue, lesão nos nervos, contração muscular e uma reação nervosa de estremecimento (a sensação de choque) que pode ser perigosa, se ela provocar a queda do indivíduo (de uma escada, árvore, muro, etc.) ou o seu contato com equipamentos perigosos.

Matematicamente, a Corrente elétrica (I), medida em Amperes ou simplesmente A, é representada pela razão entre a Tensão ou voltagem (V), medida em Volts e a Resistência à passagem da corrente ou resistor (R), medido em Ohms. Assim, uma corrente com tensão de 1000 volts, que passa num condutor com resistência de 500 Ohms, vale:

I = V/R = 1000/500 = 2 A

A milésima parte do Ampere é o Miliampere ou mA

Os efeitos estimados da corrente elétrica contínua de 60 Hertz, no organismo humano, podem ser resumidos na tabela que se segue:

EFEITOS ESTIMADOS DA ELETRICIDADE

CORRENTE CONSEQUÊNCIA

1 mA Apenas perceptível

16 mA Máxima tolerável

20 mA Parada respiratória

100 mA Ataque cardíaco

2 A Parada cardíaca

RISCOS DE ACIDENTES

As lesões provocadas pelo choque elétrico podem ser de quatro (4) naturezas:

1 - eletrocução (fatal)2 - choque elétrico3 - queimaduras e4 - quedas provocadas pelo choque

Eletrocução é a morte provocada pela exposição do corpo à uma dose letal de energia elétrica.

Os raios e os fios de alta tensão (voltagem superior a 600 volts), costumam provocar esse tipo de acidente. Também pode ocorrer a eletrocução com baixa voltragem (V<600 volts), se houver a presença de: poças d'água, roupas molhadas, umidade elevada ou suor.

A pele humana é um bom isolante e apresenta, quando seco, uma resistência à passagem da corrente elétrica de 100.000 Ohms (cem mil). Quando molhada, porém, essa resistência cai para apenas 1.000 Ohms (mil).

A energia elétrica de alta voltagem, rapidamente rompe a pele, reduzindo a resistência do corpo para apenas 500 Ohms. Veja estes exemplos numéricos e compare-os com os dados da tabela acima. Os 2 primeiros casos, referem-se à baixa voltagem (corrente de 120 volts) e o terceiro, à alta voltagem:

a) Corpo seco: 120 volts/100000 ohms = 0,0012 A = 1,2 mA (o indivíduo leva apenas um leve choque)

b) Corpo molhado: 120 volts/1000 ohms = 0,12 A = 120 mA (suficiente para provocar um ataque cardíaco)

c) Pele rompida: 1000 volts/500 ohms = 2 A (parada cardíaca e sérios danos aos órgãos internos).

Além da intensidade da corrente elétrica, o caminho percorrido pela eletricidade ao longo do corpo (do ponto onde entra até o ponto onde ela sai) e a duração do choque , são os responsáveis pela extensão e gravidade das lesões.

Os acidentes com eletricidade ocorrem de várias maneiras. Os riscos resultam de danos causados aos isolantes dos fios elétricos devido a roedores, envelhecimento, fiação imprópria, diâmetro ou material do fio inadequados, corrosão dos contatos, rompimento da linha por queda de galhos, falta de aterramento do equipamento elétrico, etc.

As benfeitorias agrícolas estão sujeitas à poeira, umidade e ambientes corrosivos, tornando-as especialmente problemáticas ao uso da eletricidade.

PREVENÇÃO DE ACIDENTES

Há vários tipos de proteção e de providências que podem ser usados para se evitar o choque elétrico:

fusíveis e disjuntores

aterramentos

materiais isolantes e

uso de EPI

Outras recomendações

Plugue e use os dispositivos elétricos de segurança disponíveis como, por exemplo, a tomada de 3 pinos.

Considere todo fio elétrico como "positivo", ou seja, passível de provocar um choque mortal.

Cheque o estado de todos os fios e dispositivos elétricos; conserte-os ou substitua-os, se necessário. Aprenda como dimensionar o fio elétrico.

Certifique-se de que a corrente está desligada, antes de operar uma ferramenta elétrica.

Se um circúito elétrico em carga tiver de ser reparado, chame um eletricista qualificado para fazê-lo.

Use ferramentas "isoladas", que fornecem uma barreira adicional entre você e a corrente elétrica.

Use os fios recomendados para o tipo de serviço elétrico a que ele vai servir.

Não sobrecarregue uma única tomada com vários aparelhos elétricos, usando, por exemplo, o "benjamin".

Cuidado ao substituir a resistência queimada do seu chuveiro, pois o ambiente molhado aumenta o choque.

DICAS DE SEGURANÇA

A mais importante delas é que o conhecimento pode evitar acidentes, por isso, inicialmente você deve saber que:

A energia elétrica é um bem comum e está a disposição de todos, trazendo bem estar, conforto, comodidade e facilitando nossa vida, seja no trabalho, nos esportes, no lazer.

Para que isso possa acontecer, a energia elétrica precisa ser transmitida por um meio físico, que são as linhas de transmissão e redes de distribuição. Essas instalações são, então, eletrificadas, e conduzem a energia elétrica das usinas aos pontos de consumo.

A maioria dessas instalações é aérea e está montada no alto de postes ou torres, separada da estrutura de apoio por meio de materiais isolantes, tais como cerâmica, vidro e materiais plásticos.

A utilização desse precioso bem deve ser feita com o cuidado necessário para que ninguém venha a sofrer lesões decorrentes do uso indevido, tais como choques elétricos, queimaduras, etc.

Choques elétricos em humanos ocorrem quando estes se tornam parte de um circuito elétrico. Vejamos alguns exemplos:

Uma pessoa está em contato com o solo e toca em algo energizado (um motor, um chuveiro, uma resistência, um fio descascado, a parte metálica de uma lâmpada, etc). A energia elétrica vai escoar para o solo por meio do corpo da pessoa, que dizemos, estará aterrando o circuito. A essa passagem de energia denominamos choque elétrico fase-terra. Também pode ocorrer choque elétrico se a pessoa entra em contato com dois fios de fases diferentes. Nesse caso, independente se está em contato com o solo ou não, haverá a passagem de energia elétrica pelo corpo, constituindo-se num choque elétrico entre fases.

A energia elétrica entra em contato com o corpo e daí se descarrega para a terra. Também pode ocorrer quando um corpo fecha contato entre duas fases diferentes.

A passagem de energia elétrica pelo corpo de uma pessoa gera calor e contrações musculares. Esses efeitos são responsáveis pelas queimaduras e paradas-cardíacas, sempre presentes na maioria dos choques elétricos.

Nos casos em que há queda de locais altos, também podem ocorrem fraturas e demais consequências, tais como hemorragias, infecções, lacerações, danos em sistemas e aparelhos fisiológicos, etc.

No choque elétrico são envolvidas diretamente 4 grandezas: o tempo de contato, as condições de contato da pessoa com o solo, a resistência ôhmica do corpo e a intensidade da corrente elétrica que circulará.

Os acidentes de origem elétrica podem ocorrer se:

A vítima tocar em instalações energizadas (tensão de toque);

Se a vítima estiver caminhando na direção de onde haja um fio caído ao solo (tensão de passo);

Se a vítima adentrar ao campo elétrico que é formado externamente às instalações energizadas (como referência, para cada 1.000 Volts é necessário 1 cm de ar para que possa haver o isolamento. Sob certas condições, essa distância pode até ser aumentada, o que justifica dizer que jamais as pessoas leigas devem se aproximar de condutores elétricos sem saberem realmente o que estão fazendo!)

Para uma convivência segura e tranquila com instalações elétricas, veja o que deve ser feito:

Dentro de casa e edificações de lazer e recreação e atividades administrativas:

Só mexer com instalações elétricas se tiver conhecimento e habilitação para isso;

Não permita instalações elétricas mal feitas, mal emendadas ou inadequadas. A prática mostra que isso está profundamente relacionado com os casos de acidentes, mortes e incêndios;

Não sobrecarregar as fiações, fazendo com que passe por elas maior corrente elétrica do que está capacitada. Caso isso aconteça, a fiação começará a aquecer e pode ocorrer envelhecimento precoce do isolamento e riscos de incêndio;

Ao sair em viagens, retire da tomada todos os fios de equipamentos não essenciais. Especial cuidado com ferros elétricos, ar condicionado e aquecedores;

Ao sair em viagem certifique-se de que sua conta de energia está em dia e que não há probabilidade de eventual suspensão de fornecimento por falta de pagamento;

Ao construir ou reformar edificações, procurar colocar tomadas e interruptores em locais de difícil acesso às crianças. Caso isso não seja possível, adote o uso de protetores isolantes nas tomadas;

Não permita que crianças ou outras pessoas efetuem cortes com tesoura ou derrubem objetos metálicos nas fiações elétricas, pois isso resulta em curto-circuito;

Mantenha seus dispositivos de proteção elétrica sempre em dia e em perfeitas condições de funcionamento. Esses dispositivos, baseados essencialmente nos disjuntores de entrada de energia, devem desarmar sozinhos mediante mediante condições de sobrecarga na instalação;

Atualmente já há disponível no mercado, dispositivos de proteção chamados de DR - Diferencial Residual, que evitam choques elétricos quando pessoas entram em contato com partes vivas da instalação;

Nas indústrias urbanas e rurais, fábricas, oficinas, comércios e demais atividades correlatas:

Não permita que serviços em instalações elétricas sejam feitos por pessoas não capacitadas e/ou não qualificadas, conforme prescreve a NR-10 Norma Regulamentadora sobre Serviços e Instalações em Eletricidade;

Exigir que as instalações elétricas que forem construídas ou reformadas estejam atendendo os critérios prescritos na NBR-5410;

Exigir que prestadores de serviços de projeto, construção e manutenção de instalações elétricas emitam a necessária ART - Anotação de Responsabilidade Técnica, perante os órgãos e entidades fiscalizadoras.

Zelar para que serviços executados em vias urbanas, fachadas, paredes, etc, não sejam feitos próximos da rede elétrica, de forma a evitar que esses trabalhadores venham a entrar em contato com a rede elétrica aérea e, com isso, se exponham a risco de vida, que é de responsabilidade de quem o contratou;

Manter sempre em local de conhecimento de principais pessoas, os esquemas unifilares da fiação, locais onde estão as proteções e onde deve haver desligamento manual em caso de emergências, tais como choque elétrico, incêndio, etc.

Cuidados ao socorrer vítima de choque elétrico

Para socorrer, é importante que o socorrista não se transforme numa próxima vítima, o que é muito comum em acidentes envolvendo eletricidade.

Para prestar um socorro adequado, ou reduzir as lesões e danos pessoais, primeiramente deve ser interrompido o fornecimento de energia às instalações com as quais a vítima está em contato. Isso pode ser feito com o desligamento de disjuntor, chave geral, etc, quando se tratar de instalações dentro de edificações. Caso isso esteja ocorrendo em ambiente externo ou envolva instalações elétricas de alta tensão, o fato deve ser avisado imediatamente à Santa Cruz, pelo telefone 0800 7022196;

Tendo certeza que a vítima já não está mais energizada, remova os fios de perto dela usando utensílios isolantes e secos, tais como cabos de vassoura de madeira, cordas, tábuas. Importante que esse material seja isolante elétrico.

Estando a vítima em condições de receber assistência e não havendo risco para os socorristas, estes devem verificar se há respiração e pulsação na vítima. A partir desse ponto o socorro deve ser feito de preferência por pessoas que tenham conhecimento e iniciativa para aplicação dos mesmos.

Havendo parada cardíaca, será notada a ausência de pulsação e batimentos cardíacos, bem como o aumento da pupila (menina dos olhos). Nesse caso deve-se imediatamente

efetuar a massagem cardíaca, através de compressões sobre o peito, na região inferior do osso externo, na velocidade de uma compressão por segundo.

Havendo parada respiratória, será notada a ausência da entrada e saída de ar ao pulmão da vítima. Nesse caso é imperativo que se inicie imediatamente a insuflação de ar fresco nos pulmões da vítima, com o método de respiração artificial, na velocidade de 2 insuflações a cada 5 segundos.

Essas medidas devem ser aplicadas à vítima, que deve estar deitada de costas e sobre superfície plana e rígida.

Enquanto essas medidas são aplicadas, deve-se buscar atendimento médico urgente, mesmo que a vítima recobre os sentidos após os primeiros tratamentos no local. Há notícias de pessoas que ficaram por mais de uma hora sendo assistida por socorristas nessa situação e posteriormente foram adequadamente atendidas e conseguiram sobreviver. É um tipo de socorro que exige persistência e conhecimento, não só para manter a vítima em condições de ser efetivamente salva, quanto para não agravar seu estado físico decorrentes das lesões outras, tais como fraturas de coluna, bacia, fraturas expostas, hemorragias, queimaduras, etc.

Acidentes com Energia Elétrica

O que acontece

O choque elétrico, geralmente causado por altas descargas, é sempre grave, podendo causar distúrbios na circulação sanguínea e, em casos extremos, levar à parada cárdio-respiratória.

Na pele, podem aparecer duas pequenas áreas de queimaduras (geralmente de 3º grau) - a de entrada e de saída da corrente elétrica.

Primeiras providências

Desligue o aparelho da tomada ou a chave geral.

Se tiver que usar as mãos para remover uma pessoa, envolva-as em jornal ou um saco de papel.

Empurre a vítima para longe da fonte de eletricidade com um objeto seco, não-condutor de corrente, como um cabo de vassoura, tábua, corda seca, cadeira de madeira ou bastão de borracha.

O que fazer

Se houver parada cárdio-respiratória, aplique a ressucitação.

Cubra as queimaduras com uma gaze ou com um pano bem limpo.

Se a pessoa estiver consciente, deite-a de costas, com as pernas elevadas. Se estiver inconsciente, deite-a de lado.

Se necessário, cubra a pessoa com um cobertor e mantenha-a calma.

Procure ajuda médica imediata.

A ressucitação cárdio-pulmonar

Com a pessoa no chão, coloque uma mão sobre a outra e localize a extremidade inferior do osso vertical que está no centro do peito (o chamado osso esterno).

 

Ao mesmo tempo, uma outra pessoa deve aplicar respiração boca-a-boca, firmando a cabeça da pessoa e fechando as narinas com o indicador e o polegar, mantendo o queixo levantado para esticar o pescoço.

 

Enquanto o ajudante enche os pulmões, soprando adequadamente para insuflá-los, pressione o peito a intervalos curtos de tempo, até que o coração volte a bater.

Esta seqüência deve ser feita da seguinte forma: se você estiver sozinho, faça dois sopros para cada quinze pressões no coração; se houver alguém ajudando-o, faça um sopro para cada cinco pressões.

Fonte: www.clfsc.com.br

CHOQUES ELÉTRICOS

Sempre que for prestar socorro a uma vítima de acidente ou mal súbito, o socorrista deverá estar atento e obedecer os passos a seguir:

Mantenha-se calmo e evite o pânico.

Certifique-se de que há condições seguras o bastante para atendimento pré-hospitalar, sem risco para o socorrista e a vítima.

Faça uma avaliação primária da vítima e dê prioridade aos casos mais graves, como: hemorragia abundante, inconsciência, parada cárdio-respiratória, choque e envenenamento.

Você pode agravar o estado da vítima com manobras intempestivas.

Não abandone a vítima para procurar socorro.

Não dê líquidos ou mesmo produtos para inalação.

Não tracione membros ou faça movimentos bruscos com a vítima.

Garanta as funções vitais do acidentado (respiração e circulação).

Só remova a vítima se puder manter as funções vitais (respiração e circulação).

Mantenha a vítima em posição confortável e aquecida.

O atendimento deve ser feito preferencialmente no solo.

Transporte a vítima para o hospital mantendo as funções vitais.

Após qualquer atendimento de emergência, a vítima deve ser encaminhada para um atendimento médico especializado.

Preste informações corretas ao hospital sobre os procedimentos realizados, bem como, se possível, sobre os dados de saúde da vítima que você saiba (hipertensão, diabetes, hemofilia, epilepsia, gravidez, asma etc.).

Choque elétrico

O choque elétrico é a perturbação que se manifesta no organismo humano, quando este é percorrido pela corrente elétrica. A gravidade do acidente está ligada às características físicas da corrente e condições do acidente, tais como: natureza da corrente ( contínua

ou alternada); freqüência; voltagem; resistência do corpo humano à passagem da corrente elétrica, que varia segundo as condições ambientais; percurso da corrente pelo corpo e tempo de duração da passagem.

Existem três formas distintas de ocorrer o choque elétrico.

O choque estático acontece com o contato com equipamentos que possuem eletricidade estática, como por exemplo, um capacitor carregado.

O choque dinâmico é através do contato ou excessiva aproximação do fio fase de uma rede ou circuito de alimentação elétrico descoberto.

Através do raio, acontece o choque atmosférico que é o recebimento de descarga atmosférica.

As manifestações do choque são: contrações musculares; comprometimento do sistema nervoso central, podendo levar à parada respiratória; comprometimento cardiovascular provocando a fibrilação ventricular - "parada cardíaca"; queimaduras de grau e extensão variáveis, podendo chegar até a necrose do tecido.

Em caso de acidente com choque elétrico, a primeira atitude para socorro da vítima é desligar a corrente elétrica o mais rápido possível ou afastar a vítima do contato elétrico, utilizando material isolante elétrico seco ( borracha, madeira, amianto etc).

O segundo passo é verificar o nível de consciência e sinais vitais; realize a ressucitação cárdio-pulmonar, se necessário; cuide das queimaduras, se houver, e providencie a hospitalização da vítima. Os casos mais graves causados por choque são a parada cárdio-respiratória e queimadura.

Emergência Cardio-respiratória

A ressucitação cárdio-pulmonar é um conjunto de manobras utilizadas para restabelecimento das funções circulatória e respiratória para preservar a vida.

A parada cárdio-respiratória pode ser provocada pelo choque elétrico. As manifestações são inconsciência, parada respiratória e ausência de pulso em grande artéria.

O socorrista deve certificar-se da parada cardio-respiratória, observando a ausência de movimentos do tórax e pulso. Para o socorro, deve-se colocar a vítima de barriga para cima; afrouxar as roupas; abrir e desobstruir as vias aéreas, hiperextendendo a cabeça da vítima; depois deve-se colocar a máscara (Pocket Mask) na face da vítima e fazer duas expirações firmes e profundas ( de 1,5 a 2 segundos cada), de modo a expandir os pulmões.

Se houver pulso arterial, mas não respiração, o socorrista deve fazer uma ventilação a cada 5 segundos (em caso de adulto), verificando o pulso frequentemente, até a presença de um suporte avançado.

Na ausência de pulso, quando se tratar de um socorrista, fazer massagem cardíaca, comprimindo o tórax 15 vezes, alternando esse movimento com 2 ventilações, procurando manter uma frequencia de 80 a 100 massagens por minuto. O socorrista deve verificar a eficiência da reanimação, após 5 ciclos de 15 por 2. Sempre procurando a presença de pulso.

Caso haja dois socorristas que saibam fazer a massagem cardíaca, a ressucitação cardio-pulmonar deve ser feita utilizando o método de uma ventilação para cinco massagens. O socorrista que está ventilando deve, intermitentemente, palpar uma das carótidas por alguns segundos.

Quando você não tem conhecimento do ocorrido, e a vítima apresentar, concomitantemente, rigidez de articulação, pele fria e arroxeada, manchas hipostáticas e pupilas dilatadas, não deverá ser realizada a ressucitação cárdio-respiratória.

A ressucitação cárdio-respiratória deverá ser finalizada quando as funções vitais retornar, na exaustão do único socorrista ou na presença de uma autoridade médica.

CHOQUES ELÉTRICOS

O choque elétrico é causado por uma corrente elétrica que passa através do corpo humano ou de um animal qualquer. O pior choque é aquele que se origina quando uma corrente elétrica entra pela mão da pessoa e sai pela outra. Nesse caso, atravessando o tórax, ela tem grande chance de afetar o coração e a respiração. Se fizerem parte do circuito elétrico o dedo polegar e o dedo indicador de uma mão, ou uma mão e um pé, o risco é menor.

O valor mínimo de corrente que uma pessoa pode perceber é 1 mA. Com uma corrente de 10 mA, a pessoa perde o controle dos músculos, sendo difícil abrir as mãos para se livrar do contato. O valor mortal está compreendido entre 10 mA e 3 A.

Normalmente, a resistência elétrica de nossa pele é grande e limita o estabelecimento de uma corrente elétrica caso a tensão aplicada não seja muito grande. Com a pele seca, por exemplo, não tomamos nenhum choque se submetidos à tensão de 12 V, mas se a pele estiver úmida a resistência elétrica cai muito e podemos levar um choque considerável.

Uma forma de se evitar os choques elétricos é fazer a ligação dos aparelhos à terra.

É a voltagem ou a corrente que fará mal?

Muitas vezes você vê uma placa dizendo: "Perigo - alta voltagem"; mas alta voltagem, ou alto potencial, não lhe causará mal. Alta voltagem pode dar lugar a uma intensa corrente, e esta é que produz o dano. Um pombo, pousando num fio de alta voltagem, não é afetado por esta, porque nenhuma corrente passa através do seu corpo. Se ele tocar dois fios ao mesmo tempo, a corrente o queimará.

O detetor de mentiras

Antigamente os psicólogos usavam um detetor de mentiras. Duas placas metálicas eram amarradas ao corpo do suspeito e ligadas a uma bateria. Se o suspeito era perturbado por uma pergunta, ele transpirava, a resistência diminuía e a corrente aumentava.

Fonte: br.geocities.com

CHOQUES ELÉTRICOS

Choques de grandes proporções podem levar à morte. De acordo com pesquisas, de cada cinco choques, um é fatal, enquanto que, em outros tipos de acidentes, ocorre uma

morte para cada 200 ocorrências, em média. O choque elétrico é uma perturbação com características e efeitos diversos que se manifesta no organismo humano quando este é percorrido, em certas condições, por uma corrente elétrica.

O que o choque elétrico pode causar

Em quais situações

Interromper o funcionamento do coração e órgãos respiratórios

Quando a corrente elétrica age diretamente nestas áreas do corpo.

Queimaduras Quando a energia elétrica é transformada em energia calorífica, podendo a temperatura chegar a mais de mil graus centígrados.

Asfixia mecânica ou outras ações indiretas

Sob o efeito da corrente elétrica, a língua se enrola, fechando a passagem de ar. Outra ação indireta é quando a vítima cai de uma escada ou do alto de um poste.

 

Variantes do choque

Intensidade da corrente Quanto maior a intensidade da corrente, pior o efeito no corpo. As de baixa intensidade provocam contração muscular - é quando a pessoa não consegue soltar o objeto energizado.

Freqüência As correntes elétricas de alta freqüência são menos perigosas ao organismo do que as de baixa freqüência.

Tempo de duração Quanto maior o tempo de exposição à corrente, maior será seu efeito no organismo.

Natureza da corrente O corpo humano é mais sensível à corrente alternada de freqüência industrial (50/60 Hz) do que à corrente contínua.

Condições orgânicas Pessoas com problemas cardíacos, respiratórios, mentais, deficiência alimentar, entre outros, estão mais propensas a sofrer com maior intensidade os efeitos do choque elétrico. Até intensidade de corrente relativamente fraca pode causar conseqüências graves em idosos.

Percurso da corrente Dependendo do percurso que realizar no corpo humano, a corrente pode atingir centros e órgãos de importância vital, como o coração e os pulmões.

Resistência do corpo A pele molhada permite maior intensidade de corrente elétrica do que a pele seca.

Por onde passa a corrente elétrica?

Percurso 1

Quando o choque fica limitado a, por exemplo, dois dedos de uma mesma mão, não há risco de morte, mas a vítima pode sofrer queimaduras ou perder os dedos.

Percurso 2

A corrente entra por uma das mãos e sai pela outra, percorrendo o tórax. É um dos percursos mais perigosos. Dependendo da intensidade de corrente, pode ocasionar parada cardíaca.

Percurso 3

A corrente entra por uma das mãos e sai por um dos pés. Percorre parte do tórax, centros nervosos, diafragma. Dependendo da intensidade da corrente produzirá asfixia e fibrilação ventricular e, consequentemente, parada cardíaca.

Percurso 4

A corrente vai de um pé a outro, através de coxas, pernas e abdômen. O perigo é menor que nos dois casos anteriores, mas a vítima pode sofrer perturbações dos órgãos abdominais e músculos.

Conseqüências do choque no corpo

Contrações musculares.

Queimaduras.

Alteração do funcionamento do coração e dos pulmões.

Paralisia temporária do sistema nervoso.

Asfixia (ausência de respiração).

Alterações na composição do sangue (eletrólise).

Anoxia (ausência de oxigênio no sistema respiratório.

Anoxemia (falta de oxigênio no sangue) causada pela anoxia.

Fibrilação ventricular (o coração deixa de bombear o sangue).

Morte aparente (perda dos sentidos causada por anoxia e anoxemia).

Circuito Elétrico: Resistores em Série e Paralelo

        Circuitos elétricos, nos dias de hoje, são elementos básicos de qualquer aparelho elétrico e eletrônico, como rádios, TV, computadores, automóveis, aparelhos científicos, etc. Quando desenhamos um diagrama para um circuito, representamos as baterias, capacitores e resistores por símbolos, como mostra a tabela 1. Fios cuja resistência é desprezível comparado com as outras resistência do circuito são desenhados como linhas retas.

Tabela 1 - Elementos de um circuito

a)- Resistores em Série

Quando dois ou mais resistores são conectados em seqüência, como mostra a figura, são ditos estarem em série. Neste caso, a corrente i é a mesma que passa por cada um dos resistores. Vamos assumir que o conjunto de resistores da figura abaixo foram submetidos a uma diferença de potencial V e que todas as outras resistência do circuito podem ser ignoradas. De acordo com a lei de Ohm, a diferença de potencial entre os terminais de cada resistor é V1=iR1, V2 =iR2 e V3 =iR3.

Fig. 1 (a) Resistores em série e  (b) Resistor equivalente

    Estando os resistores conectados em série a conservação de energia estabelece que voltagem V é a soma das voltagens V1, V2 e V3. Assim,

    

onde R é a resistência equivalente deste circuito, dada por

                                                                           

Isto significa que quando conectamos várias resistências em série, a resistência equivalente é igual a soma direta das resistência em separado, isto é;

                                                                                    Note que quando mais resistência é introduzida no circuito, menor será a corrente no circuito, supondo que a ddp (V) aplicada, se mantenha constante. Isto é uma conseqüência da lei de Ohm.  

b)- Resistores em Paralelo

        Uma outra forma simples de conectar resistores é em paralelo, como mostra a figura. Neste caso, a corrente i produzida pela fonte é dividida em diferentes correntes ik. Lembrando que a corrente elétrica é uma conseqüência do fluxo de carga e que a carga total do circuito se conserva, temos que a corrente i do circuito deve separar-se em diferentes correntes ik , menores, de forma que a soma linear de todas ik é igual a i. Isto é;

                                                                         

Quando os resistores estão em paralelo, cada um experimenta ou estão sob a mesma voltagem V. Então pela lei de Ohm temos que;

                             

Figura: (a) Resistores em paralelo e ( b) Resistor equivalente

Usando as equações anteriores, notamos podemos determinar a resistência equivalente para um circuito em paralelo, de forma análoga ao caso dos resistores em série, isto é;

             

Isto significa que quando conectamos várias resistências em paralelo, a resistência equivalente R pode ser determinada por;

                                      

Observe que a resistência equivalente R, neste caso, é menor do que cada uma das resistências Rj .

Fenômenos eletromagnéticos

Eletricidade, categoria de fenômenos físicos originados pela existência de cargas elétricas e pela sua interação. Quando uma carga elétrica encontra-se estacionária, ou estática, produz forças elétricas sobre as outras cargas situadas na mesma região do espaço; quando está em movimento, produz, além disso, efeitos magnéticos. Os efeitos elétricos e magnéticos dependem da posição e do movimento relativos das partículas carregadas. No que diz respeito aos efeitos elétricos, essas partículas podem ser neutras, positivas ou negativas. A eletricidade se ocupa das partículas carregadas positivamente, como os prótons, que se repelem mutuamente, e das partículas carregadas negativamente, como os elétrons, que também se repelem mutuamente. Em troca, as partículas negativas e positivas se atraem entre si. Esse comportamento pode ser resumido dizendo-se que cargas do mesmo sinal se repelem e cargas de sinal diferente se atraem.

A força entre duas partículas com cargas q1 e q2 pode ser calculada a partir da lei de Coulomb. Segundo a qual a força é proporcional ao produto das cargas, dividido pelo quadrado da distância que as separa. A lei é assim chamada em homenagem ao físico francês Charles de Coulomb.

Coulomb, Charles de (1736-1806), físico francês e pioneiro na teoria elétrica. Em 1777, inventou a balança de torção para medir a força da atração magnética e elétrica. A unidade de medida de carga elétrica recebeu o nome de coulomb em sua homenagem.Coulomb contribuiu muito para a compreensão dos fenômenos eletromagnéticos, enunciando a lei que leva seu nome. A importância da Lei de Coulomb transcende a descrição das forças que atuam entre esferas e bastões carregados.

Se dois corpos de carga igual e oposta são conectados por meio de um condutor metálico, por exemplo, um cabo, as cargas se neutralizam mutuamente. Essa neutralização é devida a um fluxo de elétrons através do condutor, do corpo carregado negativamente para o carregado positivamente. A corrente que passa por um circuito é denominada corrente contínua (CC), se flui sempre no mesmo sentido, e corrente alternada (CA), se flui alternativamente em um e outro sentido. Em função da resistência que oferece um material à passagem da corrente, podemos classificá-lo em condutor, semicondutor e isolante.

O fluxo de carga ou intensidade da corrente que percorre um cabo é medido pelo número de coulombs que passam em um segundo por uma seção determinada do cabo. Um coulomb por segundo equivale a 1 ampère, unidade de intensidade de corrente elétrica cujo nome é uma homenagem ao físico francês André Marie Ampère. Quando uma carga de 1 coulomb se desloca através de uma diferença de potencial de 1 volt, o trabalho realizado corresponde a 1 joule. Essa definição facilita a conversão de quantidades mecânicas em elétricas.

Efeito piezelétrico, fenômeno físico pelo qual aparece uma diferença de potencial elétrico entre as faces de um cristal quando este se submete a uma pressão mecânica. Pierre Curie e seu irmão Jacques descobriram este fenômeno no quartzo e no sal de Rochelle em 1880 e o denominaram ‘efeito piezelétrico’ (do grego piezein, ‘pressionar’).

Os cristais piezelétricos são utilizados em dispositivos como os transdutores, empregados na reprodução de discos e nos microfones.

Unidades elétricas, unidades empregadas para medir quantitativamente toda espécie de fenômenos eletrostáticos e eletromagnéticos, assim como as características eletromagnéticas dos componentes de um circuito elétrico. As unidades elétricas empregadas estão definidas no Sistema Internacional de unidades.

A unidade de intensidade de corrente é o ampère. A da carga elétrica é o coulomb, que é a quantidade de eletricidade que passa em um segundo por qualquer ponto de um circuito através do qual flui uma corrente de um ampère. O volt é a unidade de diferença de potencial. A unidade de potência elétrica é o watt.

A unidade de resistência é o ohm, que é a resistência de um condutor em que uma diferença de potencial de um volt produz uma corrente de um ampère. A capacidade de um condensador é medida em farad: um condensador de um farad tem uma diferença de potencial de um volt entre suas placas quando estas apresentam uma carga de um coulomb. O henry é a unidade de indutância, a propriedade de um circuito elétrico em que uma variação na corrente provoca indução no próprio circuito ou num circuito vizinho. Uma bobina tem uma auto-

indutância de um henry quando uma mudança de um ampère/segundo na corrente elétrica que a atravessa provoca uma força eletromotriz oposta de um volt.

Circuito elétrico, trajeto ou rota de uma corrente elétrica. O termo é utilizado principalmente para definir um trajeto contínuo composto por dispositivos condutores e que inclui uma fonte de tensão que transporta a corrente pelo circuito. Um circuito deste tipo é denominado circuito fechado, e aquele no qual o trajeto não é contínuo é denominado aberto. Um curto-circuito é um circuito no qual se efetua uma conexão direta, sem resistência nem capacitância apreciáveis, entre os terminais da fonte de tensão.

 

O modo mais simples de conectar componentes elétricos é arrumá-los em linha, um depois do outro. Esse é o chamado circuito em série. Se uma das lâmpadas do circuito se quebrar, as duas lâmpadas deixarão de funcionar, pois o circuito será interrompido. Como alternativa, pode-se conectar cada lâmpada à fonte de eletricidade de modo independente; assim, mesmo que uma falhe, a outra continuará acesa. A isso denomina-se circuito em paralelo.

LEI DE OHM  A corrente flui por um circuito elétrico seguindo várias leis definidas. A lei básica do fluxo da corrente é a lei de Ohm, assim chamada em homenagem a seu descobridor, o físico alemão Georg Ohm. Segundo a lei de Ohm, a intensidade de uma corrente elétrica uniforme é diretamente proporcional à diferença de potencial nos terminais de um circuito e inversamente proporcional à resistência do circuito.

LEIS DE KIRCHHOFF  Se um circuito tem ramificações interconectadas, é necessário aplicar outras duas leis para obter o fluxo de corrente que percorre as diferentes ramificações. Estas leis, descobertas pelo físico alemão Gustav Robert Kirchhoff, são conhecidas como as leis de Kirchhoff. A primeira, a lei dos nós, enuncia que em um nó — ponto para onde confluem três ou mais ramificações — a soma das intensidades das correntes que chegam é igual à soma das intensidades das correntes que saem. A segunda lei, a das malhas, afirma que, começando por qualquer ponto de uma rede e seguindo qualquer trajeto fechado de volta ao ponto inicial, a soma total das tensões é igual à soma total dos produtos das resistências pelas intensidades dessas correntes. Esta segunda lei é essencialmente uma ampliação da lei de Ohm.

IMPEDÂNCIA  A aplicação da lei de Ohm aos circuitos nos quais existe uma corrente alternada se complica pelo fato de que sempre estarão presentes a capacitância e a indutância. A indutância faz com que o valor máximo de uma corrente alternada seja menor que o valor máximo da tensão; a capacitância faz com que o valor máximo da tensão seja menor que o valor máximo da corrente. A capacitância e a indutância inibem o fluxo de corrente alternada e devem ser levadas em conta no cálculo da corrente.

Grandezas físicas, tais como a carga elétrica, quando existem em quantidades discretas em vez de variar continuamente, são chamadas de quantizadas. O quantum de carga (e) é tão pequeno que a natureza corpuscular da eletricidade não se manifesta em experiências macroscópicas, da mesma forma que não "sentimos" os átomos presentes no ar que respiramos.

Essa lei, quando incorporada à estrutura da física quântica, descreve as forças que ligam os elétrons de um átomo ao seu núcleo, as forças que unem os átomos para formar as moléculas e as forças que ligam os átomos e as moléculas entre si para formar os sólidos e os líquidos. Assim sendo a maioria das forças relacionadas com nossa experiência diária que não é de natureza gravitacional é de natureza elétrica.

A força transmitida por um cabo de aço é essencialmente elétrica, porque, se supusermos um plano imaginário que corta o cabo perpendicularmente, é apenas a atração elétrica entre átomos de lados opostos deste plano que impede o cabo de se romper. Nós mesmos somos um conjunto de núcleos e elétrons ligados numa configuração estável pelas forças de Coulomb.

GERADORES

Chamamos de gerador elétrico a todo dispositivo capaz de manter uma ddp entre dois pontos de um circuito elétrico.

O gerador elétrico converte em energia elétrica outras formas de energia. Como exemplo podemos citar as pilhas e baterias, nas quais ocorrem a conversão de energia química em energia elétrica; Nas usinas hidrelétricas temos a transformação de energia mecânica das águas em movimento em energia elétrica, através de geradores.

Nem toda energia elétrica gerada por um gerador é colocada à disposição do circuito elétrico ao qual ele está ligado; isso ocorre pois os geradores, regra geral, apresentam uma resistência interna r que será responsável pela dissipação, na forma de calor, de parte da energia elétrica gerada. Podemos, então, montar uma relação:

energia útil = energia gerada - energia dissipada

ou ainda:

Eµ = Eg - Ed

Uma relação semelhante pode ser escrita em termos de potência:

potência útil = potência gerada – potência dissipada

Simbolicamente:

Pµ = Pg - Pd

Para um gerador, verifica-se que é constante a relação entre a potência gerada e a intensidade de corrente que o atravessa; essa relação, que corresponde na verdade, a uma tensão elétrica, é impropriamente denominada de força eletromotriz (fem) do gerador e será representado pela letra ε.

A potência dissipada na resistência interna será dada por uma expressão já conhecida:

Pd = r · i²

sendo U a tensão nos terminais do gerador, a potência útil será:

Pu = U · i

Retornemos então a expressão: Pu = Pg - Pd e substituamos cada termo pela relação correspondente:

U · i = ε · i - r · i²

U = ε - r · i

Essa última expressão é conhecida como sendo a equação do gerador. Representando um gerador ligado entre dois pontos A e B, de um circuito, teremos:

O traço menor nessa figura representa o polo do gerador do menor potencial, também chamado de polo negativo, enquanto que o traço maior representa o terminal de maior potencial, o polo positivo. Note que a corrente elétrica ao atravessar o gerador caminha, o seu interior, do polo negativo para o polo positivo.

Um gerador está em circuito aberto quando não é atravessado por corrente elétrica a partir da equação do gerador.

Este resultado nos mostra que para um gerador em aberto a ddp nos seus terminais é igual ao valor de sua fem. Podemos, na prática, obter tal situação ligando os terminais de um gerador a um voltímetro ideal. Sendo a resistência interna do voltímetro ideal infinitamente grande, a corrente no circuito será nula.

A indicação do voltímetro será, igual a ε.

Uma outra situação particular corresponde ao gerador em curto-circuito. Para termos um gerador em curto-circuito devemos ligar seus terminais por meio de um fio sem resistência. Na prática, podemos realizar tal situação, ligando os terminais do gerador a um amperímetro ideal. A ddp nos seus terminais será nula e a corrente que o atravessa, nessas condições, é denominada corrente de curto-circuito, icc

Podemos agora levantar a curva característica de um gerador, o que eqüivale a representar nu gráfico a tensão x x corrente, a expressão U = ε – r · i.

O rendimento de um gerador é dado pelo quociente entre a potência útil e a potência gerada. Algebricamente:

LEI DE Ohm - Pouillet

Consideremos um gerador de fem ε e resistência interna r ligado a uma resistência R, como mostra a figura abaixo:

Desejamos obter o valor da corrente i neste circuito; consideremos em primeiro lugar o gerador ligado entre os pontos A e B:

UAB = ε – r · i

A resistência R também está ligada entre os pontos A e B; a partir da primeira lei de Ohm:

UAB = R · i

Igualando as duas expressões, resulta:

      R · i = ε - r · i ==> R · i + r · i = εLei de Ohm-Pouillet:                          i = ----------                                                             r + R 

Caso o circuito apresente mais do que uma resistência externa ao gerador, a expressão acima assume a forma:

onde Req corresponde à resistência equivalente do circuito, externamente o gerador

ASSOCIAÇÃO DE GERADORES

Série:

Consideremos, por exemplo, três geradores associados em série; desejamos determinar as características do gerador equivalente. Chamaremos de εs ao valor da fem do gerador equivalente e rs à sua resistência interna

Temos então que:

PARALELO

No caso de geradores associados e paralelo, tratemos apenas da situação na qual os n geradores associados sejam idênticos, ou seja, de mesma fem ε e mesma resistência interna r.

Sendo i a corrente total, a corrente em cada gerador será ++++, uma vez que os geradores são todos iguais. Então:

                  iU = ε - r · ------                  n

Para o gerador equivalente, de fem εp e resistência interna rp:

U = εp - rp · i

comparando as duas expressões, temos que:

         rε - ------ · i = εp - rp · i        n

Em elétrica cada carga cria em torno de si um campo elétrico, de modo análogo o imã cria um campo magnético, porém num imã não existe um mono-pólo assim sempre o imã tem a carga positiva e a negativa.

Para representarmos o campo magnético usaremos o símbolo , para determinar o sentido de utilizamos uma bússola ( que só a partir dos estudos do magnetismo pôde ser utilizada para a navegação, com grande importância até nos dias de hoje).

Abaixo representaremos o sentido de um campo magnético.

Assim do real para o esquema à direita temos que o sentido adotado para o campo magnético é sempre do pólo norte do imã para o pólo sul.

Podemos gerar um campo magnético uniforme com o imã abaixo:

Campo magnético por um fio.

, campo magnético (B) é a permeabilidade magnética do vácuo

, multiplicado pela corrente elétrica que passa pelo fio dividido pela distância ao fio.

Campo magnético em um solenóide.

, onde B, ,e i são os mesmos da relação para o fio e é o quociente do número de espiras por unidade de comprimento.

1: O campo magnético

Chama-se campo magnético de uma massa magnética à região que envolve essa massa, e, dentro da qual ela consegue exercer ações magnéticas.

2: Propriedade fundamental do campo magnético

A propriedade fundamental do campo magnético é a seguinte: o quociente dessas forças pelas massas magnéticas correspondentes colocadas em A é uma grandeza vetorial constante em módulo, direção e sentido, para o mesmo ponto A

3: Campo de mais que uma massa magnética pontual

Quando o campo magnético é produzido por mais que uma massa magnética puntiforme, calculamos o vetor campo produzido por cada massa magnética e depois efetuamos a soma vetorial de todos esses campos.

4: Linha de força

Chama-se linha de força de um campo magnético a uma linha que em cada ponto é tangente ao campo H desse ponto.

5: Espectros magnéticos

Chama-se espectro magnético à figura obtida com a limalha de ferro assim disposta ao longo das linhas de força.

6: Indução magnética ou densidade de fluxo magnético

Chama-se indução magnética em um ponto ao produto da permeabilidade magnética do meio pelo campo magnético nesse ponto.

7: Linhas de indução

Chama-se linha de indução a uma linha que em todos os pontos é tangente ao vetor indução.

8: Fluxo magnético num campo uniforme

Chama-se fluxo magnético que atravessa uma superfície plana, colocada em um campo magnético uniforme, ao produto do módulo de indução magnética, pela área da superfície, pelo coseno do ângulo que a normal à superfície faz com a direção do campo.

9: O fenômeno de indução magnética

A indução magnética é o fenômeno pelo qual um corpo se imanta quando é colocado perto de um ímã já existente. O corpo que já estava imantado é chamado indutor. O corpo que se imanta por indução é chamado induzido. Chama-se material magnético àquele que é capaz de se imantar.

10: Sucetibilidade magnética

Chama-se susceptibilidade magnética de uma substância ao quociente da intensidade de imantação adquirida por indução por essa substância, pelo campo magnético indutor, quando esse campo é produzido no vácuo.

11: Classificação das substâncias magnéticas

As substâncias magnéticas dividem-se em três grupos. 1ª - Substâncias paramagnéticas 2ª - Substâncias diamagnéticas 3ª - Substâncias ferromagnéticas

12: Histerese

Para um mesmo valor do campo, a imantação tem valor maior quando o campo decresce do que quando o campo cresce. Esse fenômeno é chamado histerese. (Histerese significa “atraso”).

13: Ponto curie ou temperatura curie

Para cada substância ferromagnética existe uma temperatura na qual ela se desimanta por completo. Essa temperatura é chamada PONTO CURIE.

14: Magnetismo terrestre

Chama-se campo magnético terrestre a esse campo magnético que existe ao redor da Terra. A existência desse campo se manifesta pela orientação da agulha magnética.

Campos Magnéticos Induzidos  

            A seguir, faremos generalizações nas leis de Ampère e Faraday adicionando termos, ainda não considerados, nas suas respectivas equações.

            Observando as equações acima, notamos uma certa semelhança no lado esquerdo de ambas no que diz respeito à sua forma funcional. Isto é, tanto a lei de Ampère quanto a de Faraday são definidas por uma integração, em um caminho fechado, dos campos magnéticos e elétricos, respectivamente. Mas os lados direitos são distintos. A lei de Ampère é proporcional à corrente, enquanto que a de Faraday, proporcional à variação do fluxo de campo magnético.

            Estas diferenças levam-nos a questionar se poderíamos adicionar termos no lado direito das equações, de forma a mantê-las com a mesma simetria funcional.   Em resumo, teríamos que resolver as questões que se seguem:

Poderíamos adicionar, no lado direito da equação de Ampère, um termo     correspondente a variação do fluxo do campo elétrico ?

Poderíamos adicionar, no lado direito da equação de Faraday, um termo     correspondente a correntes magnéticas ?

            Matematicamente, nossas questões resultariam nas seguintes formas para as leis de Ampère e Faraday, respectivamente;

  .

            Caso isto fosse possível, ambas equações seriam completamente simétricas na sua forma. Entretanto, o termo relacionado com a corrente de campo magnético, iB, introduzido na lei de Faraday não faz sentido pois não existe (ainda) cargas magnéticas

isoladas, ou monopolos magnéticos. Isto é, qB = 0. Então, a lei de Faraday (segunda equação) ficaria dependente apenas da variação do fluxo de campo magnético. Por sua vez, o termo relacionado à variação temporal do fluxo E(t), introduzido na equação de Ampère, pode ser facilmente justificado usando o conceito de correntes de deslocamento ou de continuidade.

            Para ilustrar nossas suposições, vamos estudar o comportamento de um capacitor em fase de carga e ou descarga. Neste caso, observaremos o surgimento de uma corrente elétrica de condução devido à carga contida no capacitor. Esta corrente de condução não tem continuidade na região entre as placas do capacitor porque, nesse intervalo, não há transporte de cargas. A corrente existirá apenas durante o carregamento ou descarregamento do capacitor. Veja Figura A6.1. Então, para justificar a continuidade da corrente no circuito, introduz-se o conceito de corrente de deslocamento como sendo proporcional à taxa de variação do campo elétrico, no interior do capacitor.

Figura A6. 1- Corrente de deslocamento durante o descarregamento do capacitor

Ou seja,

onde a corrente de deslocamento será dada por,

.

No entanto, como se provará a seguir, a corrente de deslocamento id tem a mesma dimensão que a corrente elétrica convencional,

onde E é o campo elétrico. Isolando i na equação acima, verifica-se que ela corresponde exatamente a corrente de deslocamento,

    Isto mostra que a intensidade da corrente de deslocamento, no intervalo entre as placas, é igual à intensidade da corrente de condução nos condutores ligados às placas.  

2- As Equações de Maxwell – (forma integral)  

            As equações de Maxwell são as equações básicas para todo eletromagnetismo. Elas são fundamentais no mesmo sentido que as três leis de Newton e lei da gravitação são para a mecânica. Em um sentido mais geral elas são mais fundamentais, pois são consistentes com a teoria da relatividade, enquanto as equações de Newton não são. Devido o fato de que todo o eletromagnetismo estar contido nesse conjunto de quatro equações, as equações de Maxwell são consideradas um dos grandes triunfos do pensamento humano.    

Maxwell

    A seguir apresentamos as quatro equações de Maxwell, em sua forma integral.

     Lei de Gauss (eletricidade)

            A lei de Gauss relaciona o fluxo elétrico através de uma superfície fechada com a carga elétrica no interior da mesma. Assim, podemos enunciá-la como: "O fluxo elétrico total através de qualquer superfície fechada é proporcional à soma das cargas no interior desta superfície".

              Esta lei mostra uma relação muito importante entre a carga contida num elemento de volume e o fluxo de campo elétrico através da superfície que delimita o volume. Com isto podemos mostrar que as cargas positivas são fontes de campos divergentes e as negativas de campos convergentes.

              Esta lei assegura a existência de monopolos elétricos, ou a existência de cargas elétricas isoladas e tem uma grande importância no cálculo de campos elétricos em sistemas cuja a distribuição de carga têm alta simetria. A equação, para a lei de Gauss, é válida sem restrições, mas em geral não é simples resolve-la.

C. F. Gauss

    Lei de Gauss (magnetismo)

            A lei de Gauss para o magnetismo é definida de forma análoga à sua correspondente para a eletrostática. A diferença básica está no fato de não existir monopolos magnéticos. Isto implica que a integral do fluxo magnético, em um superfície fechada, será sempre igual a zero. Deve-se notar, a propósito, que existem pesquisadores buscando a descoberta dos monopolos magnéticos, pois não há razão concreta para que eles não existam. Caso isto se concretize será necessário adicionar um termo no lado direito da segunda equação.

    Lei de Faraday

            A lei de Faraday relaciona um fluxo magnético variável no tempo à integral de linha de um campo elétrico. Isto mostra que campos magnéticos variáveis no tempo geram campos elétricoso que explica no aparecimento das correntes e forças eletromotrizes induzidas.

              Deve-se ressaltar também que a integral de linha do campo elétrico (lado esquerdo da equação de Faraday) não é nula, como no caso da eletrostática. Na eletrostática a integral de E.dl, num caminho fechado é sempre igual a zero. Isto deve-se ao fato dos campos elétricos gerados por cargas elétricas estáticas serem sempre divergentes ou convergentes. Diferentemente, na lei de Faraday os campos elétricos são rotacionais.

              A ausência dos monopolos magnéticos implica que não haverá um termo, no lado direito da terceira equação, devido a correntes magnéticas.

Faraday

    Lei de Ampere

            A lei de Ampère relaciona campos elétricos variáveis no tempo com campos magnéticos. Nota-se também, nesta equação, que correntes elétricas induzem campos magnéticos. Sua forma matemática é semelhante à de Faraday, exceto por ter um termo adicional devido à corrente de continuidade.

            Nas duas últimas equações, leis de Ampère e Faraday, notamos uma grande correlação entre campos elétricos e magnéticos a qual aparece, sempre que temos campos elétricos e ou magnéticos variáveis no tempo.

            As duas simulações a seguir mostram algumas aplicações relacionadas com as equações de Maxwell.

Força de Lorentz

Lei de Ampère e Lei de Faraday Selecione com o "mouse" a figura abaixo para inicializar a

simulação sobre Indução Eletromagnética.

Ampère

3- Oscilações em Cavidades

    As cavidades ressonantes são regiões do espaço onde existem oscilações de campos magnéticos e elétricos. O interior de um capacitor, em fase de carga ou descarga, é uma região onde temos campos magnéticos e elétricos variáveis no tempo. Isto induz o que denominamos de oscilações em cavidades, cujo conceito será discutido a seguir.

Figura A6.2 -Campos elétricos e magnéticos no interior de um capacitor

      Pelas as equações de Maxwell, temos que campos elétricos variáveis no tempo induzem campos magnéticos e vice-versa. Dentro do capacitor Fig.A6.2, no processo de carregamento, o campo elétrico, E(t), é variável no tempo, pois as cargas elétricas nas placas estão aumentando ou diminuindo com o tempo. Isto implica que campos magnéticos dependentes do tempo são gerados no interior do capacitor. Assim, no processo de carga ou descarga do capacitor, temos um campo elétrico E1(t) que gera um campo magnético B1(t). Consequentemente, o novo B1(t) vai induzir um outro campo elétrico E2(t) que por sua vez gera um campo B2(t) ... . Este processo continua indefinidamente, como esquematizada abaixo,

E1 B1 E2 B2 ... En Bn .

Desta forma o campo elétrico efetivo será uma soma (uma série) do tipo,

    Como a fonte externa é de corrente alternada, então o campo obedecerá as mesmas regras de oscilação da fonte. Com base nisto, o campo elétrico assume a forma,

onde j é o número imaginário e Eo é a amplitude do campo.         Usando a lei de Ampère podemos calcular o primeiro campo magnético B1(t) produzido pela a variação de E1(t), como a seguir,

    A integral no campo magnético é igual a 2 r B1(t) como  conseqüência da lei de Ampère. Assim, temos que o campo induzido B1 será da seguinte forma,

Como o campo magnético B1(t) é variável no tempo, ele produzirá um campo elétrico E2(t) o qual pode ser obtido usando a lei de Faraday, como a seguir,

    Após calcular E2(t), usando a equação acima, voltamos à lei de Ampère para calcular o campo B2(t) produzido por E2(t). Tendo calculado B2(t) usamos novamente a lei de Faraday para calcular E3(t), e assim procedemos indefinidamente até gerar todos os termos da série.

    Finalmente, combinando todos os campos elétricos calculados, encontra-se a seguinte expressão matemática para o campo resultante,

onde c2 = 1/ o o , isto é o quadrado da velocidade da luz e é a freqüência angular da fonte externa. Jo é a função de Bessel de primeira espécie, a qual está representada na figura abaixo.

Figura A6. 3 – Função de Bessel de primeira espécie x = r/2c

4- Aplicação  

    A figura abaixo mostra uma cavidade eletromagnética cilíndrica de 5cm de diâmetro e 7cm de comprimento. O campo elétrico no interior é igual E = Eosen(5,772x1011t), sendo Eo = 104 V/m.

Figura A6.4 - Cavidade eletromagnética cilíndrica

Calcule a taxa máxima da variação do campo elétrico em função do tempo; dE/dt = ?

= (104 V/m )(5,772x1011/s)

Calcular o valor máximo do campo magnético nas proximidades da superfície.

Faraday, baseando-se nos trabalhos de Oersted (1777-1851) e Ampère, em meados de 1831, começou a investigar o efeito inverso do fenômeno por eles estudado, onde campos magnéticos produziam correntes elétricas em circuitos. Faraday descobriu que um campo magnético estacionário próximo a uma bobina, também estacionária e ligada a uma galvanômetro, não acusa a passagem de corrente elétrica. Observou, porém, que uma corrente elétrica temporária era registrada no galvanômetro quando o campo magnético sofria uma variação. Este efeito de produção de uma corrente em um circuito, causado pela presença de um campo magnético, é chamado de indução eletromagnética e a corrente elétrica que aparece é denominada de corrente induzida.

            O fenômeno de indução eletromagnética está ilustrado na simulação abaixo. Existem vários modos de se obterem correntes induzidas em um circuito, os quais enumeramos a seguir;

 -  O circuito pode ser rígido e, no entanto, pode mover-se como um todo em relação a um campo magnético, de        modo que o fluxo magnético através da área do circuito varia no decorrer do tempo.

 -  Sendo o campo B estacionário, o circuito pode ser deformável de tal modo que o fluxo de B através do circuito        varie no tempo.

 -  O circuito pode ser estacionário e indeformável, mas o campo magnético B, dirigido para a superfície é variável        no tempo.

        Em resumo, em todos os três experimentos, verificamos que o ponto chave da questão está na variação do fluxo magnético com o tempo. Isto se dB/dt é diferente de zero, então uma corrente elétrica será induzida no circuito. Estes resultados experimentais são conhecidos como lei de Faraday. A qual pode ser enunciada da seguinte forma;  

        A força eletromotriz induzida (fem) em um circuito fechado é determinada pela taxa de variação do fluxo magnético que atravessa o circuito.

Esta lei é representada matematicamente pela equação;

                                                                    

onde  é a força eletromotriz induzida (fem) e FB é fluxo magnético dado por;

                                                                        

sendo S a superfície por onde flui o campo magnético. Sabendo que a forca eletromotriz pode ser expressa em função do campo elétrico temos que;

                                       

            O sinal negativo que aparece na equação acima lembra-nos em qual direção a fem induzida age. O experimento mostra que :  

       A fem induzida produz uma corrente cujo sentido cria campo um campo magnético cujo sentido se opõe a variação do fluxo magnético original. Este fenômeno é conhecido como lei de Lenz e justifica o sinal negativo na equação (16).

            A lei de Lenz é a garantia de que a energia do sistema se conserva. Isto significa que a direção da corrente induzida tem que ser tal que se oponha as mudanças ocorridas no sistema. Caso contrário, a lei de conservação de energia seria violada.             A simulação a seguir (Fig.1) é uma representação esquemática da indução de correntes e força eletromotriz num circuito fechado.

Figura - Esta simulação mostra a indução de correntes elétricas devido a fluxo magnético variáveis no tempo.

        De acordo com a lei de Faraday uma corrente será induzida no circuito e pode ser medida com um galvanômetro, produzindo uma variação do fluxo magnético o qual induzirá uma corrente no circuito.

Materiais Magnéticos 

Origem do Eletromagnetismo:  O momento magnético de um material é resultante do movimento feito pelos elétrons que estão nos átomos deste material.

Cada elétron tem um campo magnético (       ) intrínseco associado a ser spin.

                 Domínios:  É a menor unidade de um material que se caracteriza por possuir uma única orientação magnética, isto é, um vetor campo magnético próprio.    Em um material magnético, os domínios podem estar orientados ao acaso de modo que seus momentos magnéticos se anulam.    Ao aplicarmos um campo magnético externo, os domínios se alinham na direção deste campo e podem permanecer ou não alinhados depois de retirarmos o campo.                     Material Magnético Duro: é aquele que ao retirarmos o campo magnético externo, o alinhamento dos domínios permanece.

                   Material Magnético Mole: o alinhamento dos domínios desaparece ao retirarmos o campo magnético externo.

   

Classificação dos Materiais Quanto ao Magnetismo 

  1.       Material Indiferente: não apresenta nenhuma propriedade magnética,nem

mesmo na presença de um campo magnético externo. Ex.: madeira, vidro, borracha.

2.       Material Diamagnético: os momentos µ  estão alinhados ao acaso.Na presença de um campo externo B, os momentos µ se alinham no sentido oposto ao de B, tendendo a afastar as linhas de força deste. Ex.: ouro,prata, água, zinco.

Definição:

 

1.       Relutância:  oposição que o material apresenta � passagem do fluxo magnético em um circuito magnético.

R =   L                            Unidade: A.e               µxA                                         Wb

  A: ampére                                  e: no de espiras

 L: comprimento do circuitoA: área transversal do circuito magnéticoµ: permeabilidade do meio ( análogo � condutividade elétrica)    1.       Permeância ( P ): é o inverso da permeabilidade (µ). Análoga �

resistividade elétrica.  2.       Permeabilidade ( µ) : maior ou menor facilidade com que o material se deixe

atravessar pelo fluxo magnético, é análogo � condutividade elétrica.  3.       Densidade de Fluxo ou Indução Magnética:

 B = Ø                      Unidade:   W b      => Análogo � densidade de corrente       A                                       m2 

  1.       Intensidade do Campo Magnético ( H ) :  

H = Fmm                                    Unidade:   A.e          L                                                        m

  onde:      Fmm : força magnetomotriz ( A x e ) => Análogo � tensão elétrica.                 L: comprimento do circuito  2.       Permeabilidade relativa ( µ h): Relação entre a permeabilidade do material

(µ) e a permeabilidade do vácuo (µo).

 

3.       Fluxo Magnético ( Ø ):   Ø = Fmm         Unidade: Webber                                                         R            É análogo � corrente elétrica.    Meios de Propagação de Fluxo Magnético

    1.       Material não saturável: materiais onde µ = µo =  cte   ->  µr = 1.

  Ex.:                Material indiferente                Material Diamagnético                Material Paramagnético 

  1.       Material Saturável: Qualquer material ferromagnético

   

Curva de Magnetização:  Nos materiais ferromagnéticos, µ não é constante, devido a isso, analisamos o comportamento magnético do material utilizando a curva de magnetização.

   

Saturação Magnética:  

     B não aumenta mais;      não ocorre variação do fluxo magnético;      todos os domínios estão orientados no sentido do campo externo.

  Bh: valor da densidade magnética residual, é a densidade de fluxo que permanece quando a força magnetizante ( H ) é retirada.  Fc: força coercitiva = é o valor da força magnetizante necessária para aular o magnetismo residual.   A curva de histerese representa a perda de potência por unidade de volume. É diretamente proporcional � freqüência e a área do laço de histerese.Obs.:  Em máquinas elétricas, é interessante utilizar materiais que apresentam a área do laço de histerese pequena.  Magnetostrição:  é a variação do volume do material magnético devido � variação do campo magnético externo. Provoca vibração no material.

Efeito do Tempo no Material Magnético    µ e B :  diminuem com o envelhecimento do material. Logo, para um mesmo B, as perdas por histerese aumentam.   Ligas de aço-silício sofrem menos com o envelhecimento que apenas o ferro ou o aço.      Efeito da Temperatura  Aumentando a temperatura, aumentamos a agitação térmica dos elétrons e dificultamos o alinhamento dos domínios.  Temperatura de Curie: temperatura acima da qual o material ferromagnético se torna paramagnético.

 Correntes Parasitas ( Correntes de Focault )  Lei de Faraday: um condutor na presença de um campo magnético variável apresenta uma força eletromotriz induzida.  Lei de Lenz: A força eletromotriz induzida gera uma corrente com um sentido tal que ela irá se opor � variação do fluxo magnético que a produziu.    Soluções Para Diminuir a Perda por Focault

    1.       Aumentar a resistência elétrica: 

a)  aumentando a resistividade (ρ);b)  utilizando laminação no núcleo para diminuir a área de secção transversal;      Limite:  a resistência mecânica da chapa limita a espessura mínima.

2.       Acrescentar um elemento isolante ao ferro para aumentar a resistência.  3.       Usar núcleos compactados.    Soluções para Aumentar a Resistência Elétrica    1.       Aumentar a densidade do material;  2.       Usar núcleo laminado com chapas isoladas;  3.       Acrescentar um elemento isolante, ou semicondutor, para aumentar a

resistividade;  4.       Usar núcleos compactados: São feitos de ligas ferromagnéticas

pulverizadas. São colocadas em moldes para assumir forma.    Ligas Ferromagnéticas    1.       Ferro-Níquel : o Níquel é acrescentado para aumentar a permeabilidade

(µ) e a resistividade do material.  2.       Ferro-Silício : o acréscimo de silício é para aumentar a resistividade da

liga e retardar o envelhecimento do ferro.  3.       Ferro-Cobalto: é acrescentado ao ferro para aumentar o Bmáx do ferro. 

Circuitos Magnéticos  Analogia entre circuitos magnéticos e circuitos elétricos:

 

Aplicação dos Materiais Magnéticos    1.       Ímãs permanentes;  2.       Blindagem magnética;  3.       Relés;  4.       Máquinas Elétricas: Usar materiais que possuam elevada densidade de

campo magnético ( Bmáx elevado ), para não atingir a saturação facilmente; que possua alta resistividade elétrica para reduzir as perdas por corrente de Foucault.

    É importante que o laço de histerese do material tenha a menor área

possível para reduzirmos as perdas por histerese.  Semicondutores   

Objetivo: Entender o funcionamento do diodo polarizado diretamente e reversamente.    Tipos de  Materiais:   Condutores: 1 ou 2 elétrons na camada de valência;

Isolantes: 7 ou 8 elétrons na camada de valência;Semicondutores: 4 elétrons na camada de valência.  Regra do Octeto: Os elementos químicos para serem estáveis devem possuir 8 elétrons na camada de valência.    Semicondutor Intrínseco: É o semicondutor puro, isto é, possui apenas um tipo de átomo.  Dopagem de um Semicondutor: Significa inserir átomos semicondutores no cristal semicondutor, aumentando o número de elétrons livres ou de lacunas.            O semicondutor dopado é chamado Semicondutor Extrínseco.  a) Para aumentar o número de elétrons livres: inserir um átomo pentavalente    ( 5 elétrons) no cristal. Ex.: Fósforo.

Uma nova onda de conexão está vindo aí. Ela é a tão discutida Internet sob rede elétrica, conhecida mundialmente pelo nome BPL - Broadband over Power Lines, ou PLC - Power Line Communications. Como resume a própria Wikipedia, “ela consiste em transmitir dados e voz em banda larga pela rede de energia elétrica. Como utiliza uma infra-estrutura já disponível, não necessita de obras em uma edificação para ser implantada”. Basicamente, a internet sob rede elétrica é o encaminhamento do respectivo sinal no mesmo fio da energia elétrica, cada um na sua frequência.

Embora tenha ouvido se falar muito desta tecnologia em meados do ano 2000, no Brasil houve uma grande época que ela não passou dos testes. Em 2001 houve com a Copel (Companhia Paranaense de Eletricidade) e, logo depois, a Cemig (Companhia Energética de Minas Gerais) e a Eletropaulo (Eletricidade de São Paulo) também anunciaram testes em tal ano. Porém, depois disto, além de testes e mais testes pelas companhias, a próxima notícia que tivemos sobre o PLC no Brasil foi em 21/12/2006, quando foi publicada a notícia da inauguração de uma pequena rede em Porto Alegre, Rio Grande do Sul:

“Dados, imagem, voz e vídeo vão trafegar a uma velocidade de 45 megabits por segundo pela rede elétrica da CEEE. O prefeito José Fogaça inaugura o primeiro ponto de acesso à Internet pela rede elétrica às 16h30, no Centro Administrativo Regional Extremo-Sul (Rua Antônio Rocha Meireles Leite, 50 - Restinga).

Com mais de 3,5 quilômetros de extensão, a Rede PLC da Restinga será a maior em extensão do país, em média e baixa tensões, para fins de inclusão social. Nesta primeira etapa, serão conectados à rede de alta velocidade o posto de saúde Macedônia, a Escola Municipal Alberto Pasqualini e o posto local do Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial (AEP Senai).” (http://www2.portoalegre.rs.gov.br/cs/default.php?reg=69748&p_secao=3&di=2006-12-21)

Como vemos acima, a rede atinge somente a extensão de 3,5 quilômetros, algo relativamente curto em termos de Internet massiva. A partir de 2007 aproximadamente,

várias empresas começaram a investir no segmento, e em 2008 entrou na discussão de um sinal verde por parte da Anatel e Aneel. Pois bem, em abril a Anatel aprovou, e em agosto a Aneel.

Com a aprovação, as redes usadas para a distribuição de energia elétrica ficam liberadas para a transmissão de serviços de Internet banda larga, sem que isso prejudique a primeira. Assim como a Anatel já fez, a Aneel aprovou a proposta de regulamentação, permitindo então com que as distribuidoras de energia elétrica, como a EDP Bandeirante, Eletropaulo, Cemig e tantas outras por aí, forneçam o serviço através o uso da tecnologia PLC - Power Line Comunication.

A distribuidora de energia terá a liberdade para o "uso privativo da tecnologia PLC", tanto em atividades de distribuição de energia, quanto em aplicações para fins científicos ou comerciais em projetos sociais. Já para uso para fins comerciais, as companhias deverão seguir estritamente as regras previstas em contratos de concessão.

Segundo a nota da própria Aneel, "o emprego da tecnologia possibilita novos usos para as redes de distribuição de energia elétrica, sem que haja necessidade de expansão ou adequação da infra-estrutura já existente. A economia representa a redução de custos aos consumidores que serão beneficiados com a apropriação de parte dos lucros adicionais obtidos por meio da cessão das instalações de distribuição, em benefício da modicidade das tarifas. A Agência prevê que a apuração da receita obtida pelas concessionárias de energia com o aluguel dos fios para as empresas de internet será revertida para a redução de tarifas de eletricidade." O texto ainda diz que "a regulamentação delimita o uso das redes elétricas de distribuição para fins de telecomunicações, garantindo a qualidade, confiabilidade e adequada prestação dos serviços de energia elétrica, gerando incentivos econômicos ao compartilhamento do sistema e zelando pela modicidade tarifária."

Várias concessionárias de eletricidade vêm demonstrando o uso da tecnologia, e algumas inclusive já começaram a implantar testes em larga escala: em abril, "trezentos moradores de Santo Antônio da Platina (Norte Pioneiro) começam a testar, no próximo dia 25, uma tecnologia que poderá causar algum desconforto às provedoras de internet a partir de 2010 – e, nos anos seguintes, provocar dores de cabeça ainda mais agudas às operadoras de telefonia fixa. Quem pretende causar todo esse mal-estar, abocanhando parte do mercado das tradicionais empresas de “telecom”, é a Companhia Paranaense de Energia (Copel). A estatal quer fornecer internet de banda “extralarga” e telefonia fixa a seus clientes por meio de uma estrutura que domina há décadas: a rede elétrica. E a preços competitivos." (Fonte: Gazeta do Povo)

Uma das grandes desvantagens desse tipo de tecnologia é principalmente esse: o sinal acaba se corrompendo em distâncias muito longas, de acordo com os seguintes problemas:

Manter a alta velocidade com longas distâncias, pelo encapamento plástico "roubar" os sinais de alta frequência;

Os fios de cobre com tal frequência podem interferir em alguns equipamentos eletro-eletrônicos, por fazer com que os dados gerem ruído no espectro

eletromagnético, além de haver possibilidade de corromper os dados pela captura do sinal de rádios e outros;

Da mesma forma, alguns aparelhos podem interferir na transmissão;

Emendas, "T"s, filtros de linha, transformadores, e o ligamento e desligamento de eletrônicos na rede elétrica causam ecos do sinal, por criar pontos de reflexão, com isso podendo haver corrupção  dos dados;

Necessidade de instalação de "repetidores" (veremos seu funcionamento mais adiante) em cada tranformador externo (aqueles dos postes), pois filtram sinais de alta frequência.

Esses são os problemas encontrados para o uso do PLC, e analisaremos ao longo do texto. Uma falta de investimentos por parte do governo federal também ajuda neste quesito. Há ainda muitas críticas de radioamadores quanto a interferência junto aos sinais dos transmissores.

Porém, vamos mostrar agora para as vantagens. Entre elas, estão a facilidade de implantação pois, a rede elétrica é a mais abrangente em todos os países, e cobre 95% da população nacional. E não apenas isso, reduz os gastos com implantação de infraestrutura independente, gerando alta economia. isso também gera praticidade, pois bastaria ligar um equipamento como esse na tomada, conectando o cabo de rede em seguida:

Outro ponto importante é a alta taxa de transmissão podendo chegar a até 40Mbps nas freqüências de 1,7MHz a 30MHz. A segurança também é um ponto importante: ao contrário da rede Wi-Fi, onde um usuário pode tentar se aproveitar do sinal do próximo, no PLC quem compartilha do mesmo “relógio”, não tem como compartilhar a conexão de rede, devido à criptografia com algoritmo DES de 56 bits.

Os eletrodomésticos podem também usar uma rede doméstica, com dispositivos Ethernet, USB, wireless ou ponte de áudio, esta conectando o computador às caixas de som, bastando comprar módulos PLC que inclusive já estão à venda, como o mostrado na figura acima.

Passando para o lado mais operacional da coisa, temos o uso dos grids inteligentes. Estes têm a função de monitorar toda a extensão da fiação de energia elétrica, reduzindo perdas na transmissão de energia, gerando também perdas em termos econômicos, já que indústrias e comércios também acabam sendo prejudicados pela manutenção lenta, pois o sistema atual se baseia na informação dos clientes – que após relatarem por telefone a queima de um transformador, por exemplo, esperam até a companhia enviar uma equipe.

Com o grid inteligente, as quedas são reduzidas em 80%, bem como diminuir a energia perdida em 10%, pois, num corte, por exemplo, o grid já aciona automaticamente a central e informa o local do ocorrido.

Além disso, pode ser oferecido um desconto para usuários que não utilizarem o serviço em horário de pico, por exemplo – já que o grid informa à central de forma instantânea todos os dados. Por isso, esta tecnologia dispensa o uso de coletores de informações, aqueles que vão de porta-em-porta. Neste caso também há um envio automático dos dados à central.

“A nossa posição é parecida com a do DSL no final dos anos 90: as pessoas ouviram falar da tecnologia e, ainda que não estejamos tão presentes na vida dos clientes, agora estamos disponíveis”, disse Ralph Vogel, porta-voz da Utility.net, uma integradora de BPL baseada em Los Angeles, à IDG Now!.

Iniciativa gigante é a que está sendo feita pela União Europeia. Ela aprovou, em 2007, 9,06 milhões de Euros para apoiar o PLC, desenvolvida pela Opera (Open PLC European Research Alliance), uma aliança determinada a criar novas gerações de tecnologias para redes integradas, e, todo o projeto é co-financiado pela União Européia, beneficiando vários países da Europa – e inclusive outros, por tabela, já que a tecnologia nunca fica num local só. Neste caso foi criado uma rede com especificação DS2, de 200Mbps, para o PLC (ou BPL). A equipe do Opera centralizará o BPL em programas de Internet banda larga, ensino virtual, telefonia VoiP, entre outros serviços inteligentes, e vídeo. A iniciativa teve participação de 26 sócios de 11 países, com a Espanha na liderança.

Funcionamento

O princípio básico de funcionamento das redes PLC é que, como a frequência dos sinais de conexão é na casa dos MHz 91,7 a 30), e a energia elétrica é da ordem dos Hz (50 a 60 Hz), os dois sinais podem conviver harmoniosamente, no mesmo meio. Com isso, mesmo se a energia elétrica não estiver passando no fio naquele momento, o sinal da Internet não será interrompido. A tecnologia, também possibilita a conexão de aparelhos de som e vários outros eletroeletrônicos em rede, como já dito acima. A Internet sob PLC possui velocidade não assíncrona: ou seja, você tem o mesmo desempenho no recebimento ou envio de dados.

O princípio de funcionamento da rede comercial é parecido, vamos ao esquema:

O sinal do BPL sai da central, indo para o injetor, que vai se encarregar de enviá-lo à rede elétrica. No caminho, o repetidor tem a função de não deixar com que os transformadores filtrem as altas frequências. Chegando perto da casa, o extrator, que deixa o sinal pronta para uso da casa, chegando até o modem BPL, que vai converter para uso pelo computador, através de uma porta Ethernet ou USB, ou mesmo via Wi-Fi. No penúltimo passo, no caminho poste-casa, há 3 meios: por cabo de fibra óptica, por wireless ou pela própria fiação elétrica, este último mais provável.

Como há um repetidor a cada transformador, e nesse sistema com grids inteligentes não se usa mais os atuais “relógios”, descarta-se a desvantagem mais famosa na Internet do uso do PLC - de que os transformadores, por absorver os sinais, impossibilitariam a instalação.

Analisando em termos de cidade, vamos à mais um esquema:

Veja, que é de modo um pouco diferente do outro, adaptado pela empresa Plexeon (http://www.plexeon.com/), porém com a mesma definição. O sinal sai da estação que o “injeta” na linha, indo para a rede de distribuição – primeiramente à órgãos públicos - e depois às casas, sempre passando por um repetidor ao passo que um transformador passa na linha, e um extrator quando finalmente chega na casa. Note que as casas também podem ser conectadas pelo repetidor.

Para uma rede doméstica apenas, basta ligar um módulo PLC do roteador na rede elétrica, e o do outro computador também, após isso configurando normalmente, como você está habituado a fazer. Esses módulos têm o nome de "USB PowerLine", para ligar na porta USB, ou "Bridge Ethernet 10/100 Mbps Powerline" para ligar diretamente na porta  de rede, e é vendido no Brasil por várias empresas, como a Naxos, a Trendnet, Siemens, etc, e pode ser encontrado até no Mercado Livre.

Existem ainda adaptadores e roteadores que eliminam completamente os fios, como os mostrados no esquema da Trendnet, abaixo. Para uma rede doméstica, existem modens que "injetam" o sinal em sua rede elétrica residencial, e se você tiver uma placa de rede wireless, há modelos de "Pontos de Acesso Powerline Wireless" que 'capturam' o sinal na tomada mais próxima do computador, e disponibilizam o sinal como um roteador wireless qualquer:

A especificação mais usada hoje é a DS2, que se originou na Europa. Nos EUA, também é usado o padrão HomePlug. As versões comerciais vendidas no exterior hoje possui velocidade média de 200 Mbits/s. O principal diferencial entre os padrões é a frequência - cada uma com suas vantagens. No Brasil, não há ainda padrão definido, e a tendência é que o japonês, americano e europeu reinem juntas.

Como já visto, o BPL não interfere, na sua frequência, em eletrodomésticos, devido às grandezas serem diferentes. Porém, parte da onda média (1,7 a 3 Mhz) e toda a onda média (3 a 30 Mhz) ficam inutilizadas e prejudicadas, podendo outros equipamentos causarem interferências, como motores e dimmers de luz, além de ecadores de cabelos, aspiradores e as furadeiras elétricas, havendo uma menor possibilidade também dos chuveiros elétricos prejudicarem.

Vale lembrar também que os equipamentos PLC não podem ser ligados à no-breaks, estabilizadores ou filtros de linha, pois este bloqueiam sinais de alta frequência.

Bom, e então, o que será do BPL? Apesar de muitas desvantagens, essa nova tecnologia caminha para o mesmo rumo que o maioria: unificação. Transformar a rede de telefonia (através do VoIP), internet e elétrica numa linha só é mais um passo para a evolução.

Com relação às desvantagens, podemos dizer que, assim como a tecnologia ADSL, que leva dois tipos de sinais num só fio (dados e voz), e, as interferências podem ser consertadas ao longo do tempo, com novos equipamentos que respeitem essa faixa de frequência, além de outras tecnologias e padrões internacionais que vão sendo naturalmente incorporadas. Ou seja, a maioria dos problemas enfrentados podem ser resolvidos com uma boa dose de tempo. Claro que, essa teoria só é válida se houver interesse muito grande de empresas e principalmente de governos, além de uma cooperação entre companhias de eletricidade, Internet e telefonia. É como a carroça, que pode demorar, mas chega lá. Porém, ela não vai andar se cavalos não a puxarem, muito menos se cada um quiser ir para um lado :-).

No Brasil, obviamente também pode dar certo, pois muitas empresas do setor de elétrica estão continuando seus testes, além de que tecnologias europeias podem ser importadas, isso se nenhuma universidade brasileira desenvolver algo antes. O BPL se mostra como mais uma alternativa de inclusão à Internet, num país onde 95% da população possui energia elétrica. Além disso, como a infra-estrutura é de menor custo, esse sistema mostra-se como uma alternativa mais econômica para os usuários.

Exercício resolvido

1) (Lei de Coulomb 01) Determine a magnitude da força elétrica em um elétron no átomo de hidrogênio, exercida pelo próton situado no núcleo atômico. Assuma que a órbita eletrônica tem um raio médio de d = 0,5.10-10 m.

Resolução

Sabemos que a carga elétrica do elétron é -1,6.10-19C e a carga do próton 1,6.10-19C, na aplicação da Lei de Coulomb temos:

Lembre-se que para a aplicação da equação acima devemos utilizar o modulo de cada uma das cargas elétricas.

A direção da força no elétron é a mesma da linha que liga as duas partículas. Como as cargas têm sinais opostos então a força é atrativa.

2) (FATEC 2002) O kWh é unidade usual da medida de consumo de energia elétrica, um múltiplo do joule, que é a unidade do Sistema Internacional. O fator que relaciona estas unidades é:

a) 1,0.103

b) 3,6.103

c) 9,8.103

d) 3,6.106

e) 9,8

Resolução

Sabemos que 1kW equivale a 103W e, 1h equivale a 3,6.103s.

A relação entre Joule e w.s é: 1j = 1w.s.

Logo, temos:

1kWh = 103W . 3,6.103s = 3,6.106W.s

Então:

1kWh = 3,6.106J

Obtendo como resposta a alternativa D.

3) (Corrente Elétrica 01) a seção normal de um condutor é atravessada pela quantidade de carga ∆Q=1,2.10-3C no intervalo de tempo ∆t=1,5.10-2s.

a) Qual a intensidade da corrente elétrica que atravessa essa seção normal?

b) Se os portadores de carga são elétrons, quantos elétrons atravessam essa seção normal nesse intervalo de tempo?

Resolução

a) a corrente elétrica é dada por:

logo:

b) sabendo que o número de elétrons é dado por:

então: