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CURSO TÉCNICO EM ELETROTÉCNICA ATIVIDADE AVALIATIVA DE ELETRICIDADE II ELABORAÇÃO: PROF. CARLOS WESLEY DA MOTA BASTOS ALUNO(A): SIDICLEI TEIXEIRA TURMA:2ºL 1) As figuras abaixo mostram o básico de um gerador CA com um alternador para a geração de uma tensão senoidal. Diante disso, explique como ocorre todo o processo de geração da corrente alternada monofásica. Não se esqueça de abordar desde o início da geração de energia oriunda de uma central elétrica qualquer: A bobina ou condutor (chamado de enrolamento, na prática) girando no campo magnético sob ação de uma força externa (que pode ser água em movimento, turbina a vapor produzido pela queima de carvão ou mesmo produzido por um reator nuclear, motor diesel ou a gasolina, etc.) faz aparecer uma tensão induzida nos terminais da bobina, a qual está ligada a anéis coletores e escovas. Através das escovas é feita a ligação entre o circuito externo e a bobina. É sempre bom lembrar que não geramos corrente elétrica e, sim, diferença de potencial (d.d.p.), através da geração da força eletromotriz induzida (f.e.m.); se essa d.d.p., ou simplesmente tensão elétrica, for aplicada em uma carga de um circuito fechado, aí, sim, podemos gerar uma corrente elétrica. 2) De acordo com os gráficos abaixo, conceitue: a) Valor instantâneo Amplitude de uma forma de onda em um instante de tempo qualquer. b) Valor máximo, de pico ou amplitude. E o valor máximo que a tensão ou corrente atinge, no sentido positivo ou negativo. Em uma forma de onda, a amplitude é a distância do eixo horizontal ao ponto mais alto da onda acima do eixo, ou ao ponto mais baixo da onda abaixo do eixo. O valor máximo (Vmax) é também conhecido como amplitude (A) ou, comumente, valor de pico (VP). c) Valor de pico a pico. A distância entre o ponto mais alto e o ponto mais baixo da onda chamou de valor de pico-a-pico (VPP). d) Valor médio. O valor médio de uma tensão ou corrente senoidal é a média aritmética de todos os valores instantâneos durante meio ciclo (semiciclo ou alternância). Durante meio ciclo, a tensão ou corrente varia de zero até o valor de pico e retorna a zero novamente; portanto, o valor médio deve estar situado entre zero e o valor de pico. Para uma onda senoidal pura, que é a forma de onda mais comum em circuitos CA, o valor médio em um semiciclo é 0,637 vezes o valor de pico. e) Valor eficaz. O valor eficaz de uma tensão ou corrente senoidal é o valor que elas deveriam ter, se fossem constantes (como em corrente contínua), ou seja, é um valor que provoca a produção da mesma quantidade de calor (dissipação), num circuito contendo apenas resistências, em CC de igual valor. Portanto, uma corrente alternada com valor eficaz igual a 1 [A] produz o mesmo calor num resistor R = 10[Ω] que uma corrente contínua de 1 [A]. Para uma onda senoidal pura, o valor eficaz é 0,707 vezes o valor de pico, ou seja, Vef = 0,707 Vmax ou Vef = Vmax/√2. f) Alternação, alternância ou semiciclo. Qualquer uma das metades da senoide que compõe o ciclo é chamada de alternância, meio ciclo, semiciclo ou, ainda, meia onda. g) Período, tempo ou ciclo completo. E o tempo necessário para a onda completar um ciclo, ou seja, é a duração de um ciclo. A relação matemática que expressa o Período é: T = 1/f [segundo] [s] h) Frequência. E o número de ciclos produzidos em cada segundo, ou seja, é o número de vezes que a forma de onda se repete em um período. A relação matemática que expressa a Frequência é: f =1/T [ciclos/segundos ou hertz] [Hz] i) Diferença de fase. Indica a relação de tempo para tensões e corrente CA, ou seja, indica a diferença de fase entre duas tensões, correntes, ou combinações destas, ou até mesmo entre dois ou mais sinais senoidais quaisquer. j) Comprimento de onda. E a distância percorrida por uma onda periódica completa que corresponde à razão entre a velocidade da onda da luz (3x108 m/s) e sua frequência [Hz]. A relação matemática que expressa o comprimento de onda é: λ = v/f [metros] [m]. 3) Em se tratando de Circuitos Puramente Resistivos em CA, pede-se: a) exemplos de circuitos puramente resistivos em CA: Podemos caracterizar como exemplos de circuitos CA puramente resistivos, os aparelhos eletrodomésticos usados para produzir calor, tais como: torradeiras, ferros elétricos, chuveiros elétricos, frigideiras e fogões, etc., quando ligados à fonte de energia residencial. b) a relação fasorial (vetorial) existente entre a tensão e a corrente: O fato de a tensão e a corrente estarem em fase o tempo todo, ou seja, não existe defasagem entre a tensão e a corrente (θResultante = 0º), em outras palavras, a diferença entre o ângulo da tensão e da corrente. c) o significado de a potência ser uma grandeza pulsante e positiva: Significa que um resistor nunca fornece potência para um circuito, ao contrário, ele dissipa toda sua potência recebida, sob forma de calor, provocando o chamado “efeito joule”. d) explicações sobre os fenômenos: correntes parasitas e efeito pelicular: Correntes parasitas são comumente usadas para testes não destrutivos e para examinar defeitos em um grande número de estruturas metálicas, por exemplo: trocadores de calor, fuselagens e outras peças estruturais de aeronaves. Gerar calor em fornos de indução. Efeito pelicular é um fenômeno físico caracterizado pela repulsão entre linhas de corrente elétrica, criando a tendência desta fluir na superfície dos condutores elétricos. 4) Resolva as questões de acordo com os circuitos abaixo: a) Um chuveiro elétrico residencial tem o circuito interno e especificações a seguir: a.1) Qual o valor das resistências R1 e R2? R1= V²/P inverno R1=220²/3500 R1= 13,82Ω R2= V²/P verão- R1 R2=220²/2500 R2= 19,36Ω - 13,82Ω R2= 5,54Ω a.2) Qual o valor dos fusíveis (I=?) que devem ser utilizados para a proteção da instalação elétrica? I1= P/V I1= 3500/220 I1= 15,90A I2= P/V I2= 2500/220 I2= 11,36ª https://pt.wikipedia.org/wiki/Fen%C3%B4meno_f%C3%ADsico https://pt.wikipedia.org/wiki/Fen%C3%B4meno_f%C3%ADsico https://pt.wikipedia.org/wiki/Fen%C3%B4meno_f%C3%ADsico https://pt.wikipedia.org/wiki/Corrente_el%C3%A9trica https://pt.wikipedia.org/wiki/Corrente_el%C3%A9trica https://pt.wikipedia.org/wiki/Corrente_el%C3%A9trica https://pt.wikipedia.org/wiki/Condutor_el%C3%A9trico https://pt.wikipedia.org/wiki/Condutor_el%C3%A9trico https://pt.wikipedia.org/wiki/Condutor_el%C3%A9trico b) Um aquecedor elétrico para torneira tem o circuito a seguir; b.1) Qual a potência média e de pico dissipada pelo aquecedor em cada posição? Vmed= 0,637 X Vpico Vmed= 0,637 X 155,54 Vmed= 99,07V Pmed1= Vmed²/2R1 Pmed= 99,07²/2X10 Pmed= 490,74W Pmed2= Vmed²/2R2 Pmed= 99,07²/2X20 Pmed= 245,37W Pmed3= Vmed²/2R3 Pmed= 99,07²/2X30 Pmed= 163,58W Vpico= 1.414 x Vrms Vpico = 1.414x 110 Vpico= 155,54V Ppico1= Vpico²/R1 P1= 155,54²/10 P1=2.419W Ppico2= Vpico²/R2 P2= 155,54²/20 P2=1.209W Ppico3= Vpico²/R3 P3= 155,54²/30 P3=806,42W b.2) Qual a corrente eficaz e de pico consumida pelo aquecedor em cada posição? Vpico= 1.414 x Vrms Vpico = 1.414x 110 Vpico= 155,54V Irms1= Vrms/R1 Irms1= 110/10 Irms1= 11A Irms2= Vrms/R2 Irms2= 110/20 Irms2= 5,5A Irms3= Vrms/R3 Irms3= 110/30 Irms3= 3,66A Ipico1= Vpico/R1 Ipico1= 155,54/10 Ipico1= 15,55A Ipico2= Vpico/R2 Ipico2= 155,54/20 Ipico2= 7,77A Ipico1= Vpico/R3 Ipico3= 155,54/30 Ipico3= 5,18ª 5) De acordo com as figuras abaixo, explique: a) O conceito de campo magnético Campo magnético é um efeito que ocorre ao redor de um imã ou carga magnética. Ele é detectado pela força que exerce em cargas elétricas em movimento, ou em materiais magnéticos. Ele se trata de um campo vetorial,ou seja, em qualquer lugar do espaço possui direção, sentido e módulo. b) O conceito de imã E um material constituído de substância ferromagnética que provoca um campo magnético à sua volta capaz de magnetizar ou atrair materiais constituídos de ferro, cobalto e níquel, devido, justamente, ao magnetismo. c) O conceito de pólos magnéticos Os polos magnéticos correspondem aos pontos de um ímã para onde as linhas de indução magnéticas partem e para onde convergem, formando um campo magnético. Esses polos são chamados de polo sul e polo norte do campo magnético. d) O conceito de indução magnética E a junção entre o magnetismo e a eletricidade, quando um material condutor é imerso em um campo magnético já existente. A descoberta desse conceito foi crucial para o desenvolvimento de dispositivos como transformadores de tensão elétrica, máquinas elétricas, entre outras aplicações. e) Quais são as regras que devem ser feitas na representação de um campo magnético através de suas linhas de campo Essa relação é representada pela regra da mão direita: o polegar da mão direita indica o sentido convencional da corrente elétrica; e os outros dedos, ao envolverem o condutor por onde passa a corrente, dão o sentido das linhas de campo magnético. f) Os tipos de forças magnéticas existentes ao aproximarmos dois imãs um do outro Seguindo a regra da atração entre opostos, comum na física, o pólo norte e o sul de dois imãs se atraem mutuamente. Por outro lado, se aproximarmos os pólos iguais de dois imãs o efeito será a repulsão. g) A diferença entre materiais magnéticos e não magnéticos As substâncias ferromagnéticas são fortemente atraídas pelos ímãs. Já as substâncias paramagnéticas e diamagnéticas são, na maioria das vezes, denominadas de substâncias não magnéticas, pois seus efeitos são muito pequenos quando estão sobre a influência de um campo magnético. h) Como se classificam os materiais magnéticos, conceituando-os Os materiais podem ser classificados em três tipos de acordo com o magnetismo: diamagnéticos, paramagnéticos e ferromagnéticos. Essa distinção é feita considerando-se a origem e a forma como os dipolos magnéticos interagem. 6) De acordo com as leis do Eletromagnetismo, explique: a) a descoberta de Oersted e o significado da corrente elétrica criar um campo magnético nas proximidades do condutor que ela atravessa. A única possibilidade para a mudança de direção da agulha da bússola era a presença de um campo magnético diferente daquele provocado pela Terra. A conclusão de Oersted foi que cargas elétricas em movimento eram capazes de criar campo magnético. Um fio que conduz corrente elétrica atua como um ímã! b) a relação existente entre o sentido da corrente e do campo magnético. Após diversos estudos, verificou-se que a corrente elétrica produz um campo magnético proporcional à intensidade da corrente, isto é, quanto mais intensa for a corrente elétrica que percorre o fio, maior será o campo magnético produzido a sua volta. c) O que é um solenóide? Solenoide é apenas um termo usado para bobina de fio, como um eletroímã. Ele se refere a qualquer dispositivo que possa converter energia elétrica em mecânica, usando solenoide. Consiste de uma bobina feita com um fio fino e enrolada em um núcleo metálico. d) O que é um eletroímã? O eletroímã é um tipo de dispositivo eletromagnético, o qual faz uso de corrente elétrica, a fim de gerar um campo magnético. Para que isso ocorra, usualmente, faz-se uso de fios espiralados que ficam no entorno de um material ferromagnético, podendo ser um núcleo de ferro, de níquel, cobalto, etc. e) O que é e quais são os fatores que determinam a força eletromotriz (fem) induzida? Força eletromotriz (f.e.m.) é o potencial elétrico, medido em Volts, fornecido por um gerador, como uma bateria, para um circuito ou dispositivo elétrico. É uma grandeza escalar que pode ser definida como a energia potencial elétrica por unidade de carga. f) O que é fluxo magnético? luxo magnético é uma medida do campo magnético total que atravessa uma área específica. É uma ferramenta útil para ajudar a descrever os efeitos da força magnética sobre um corpo que ocupa uma determinada área. g) O enunciado da Lei de Lenz A lei de Lenz enuncia que, quando houver uma variação de fluxo magnético sobre um condutor fechado, surgirá, nesse condutor, um campo magnético que se oporá a tal variação. Essa lei é uma consequência direta de um princípio da física conhecido como conservação da energia e complementa a lei de indução de Faraday. h) Qual deve ser a relação de espiras num transformador abaixador de tensão de 110 Vrms para 24 Vrms? Qual a corrente no primário, se o secundário fornece 1 A para uma carga resistiva? N1/N2= 110/24 I1= 24/110 I1= 0,22ª 7)De acordo com os circuitos indutivos em CC, pede-se: a) O conceito e os tipos de indutores ou bobinas existentes Os indutores são elementos de circuitos ou simplesmente componentes elétricos ou eletrônicos que possuem certa propriedade de se opor à variação da corrente elétrica. Fisicamente, os indutores, também chamados de bobinas, são compostos de pedaços de fios enrolados helicoidalmente sobre um núcleo, que pode ser de ar, mica, ferro, ferrite ou ferro laminado. b) os fatores construtivos que determinam a indutância Na sua construção física, a quantidade de espiras sobre o núcleo é que define seu tamanho e diâmetro, de acordo com o que se espera para sua aplicação. c) explicações sobre todo o processo de elevação e queda de correntes em circuitos CC indutivos, inclusive com representação em gráficos (curva i x t) Em corrente contínua quanto maior a corrente que passa pelo indutor, maior será a sua carga armazenada sob o campo magnético. Em corrente contínua um indutor só terá tensão enquanto estiver sendo carregado ou descarregado. d) A relação existente entre a indutância e a constante de tempo indutiva num circuito O fator tL=L/R é denominado constante de tempo indutiva. Quando t=tL, a corrente no circuito atinge 63% do valor de saturação. 8) De acordo com os circuitos indutivos em CA, pede-se: a) explicações sobre o fato de que o indutor ideal se comporta como um curto circuito em corrente contínua e como uma resistência elétrica em corrente alternada O indutor é um dispositivo que armazena energia através de um campo magnético. Ao aplicar uma corrente alternada na bobina do indutor, vai induzir um fluxo magnético variável no núcleo do indutor. Já um indutor, que possui resistência interna baixa, ao passar uma corrente contínua, irá se comportar como um curto-circuito, ou seja, praticamente toda corrente será transferida. Porém, em circuitos de corrente alternada o comportamento desses elementos serão diferentes. b) a relação fasorial (vetorial) existente entre a tensão e corrente Diz-se que a tensão e a corrente estão em fase: os dois vetores têm sempre a mesma direção e sentido, de forma que ambas as funções atingem os respetivos valores máximo e mínimo em simultâneo. c) a indutância total do circuito abaixo Lt= L1+ 1 1 𝐿2 +1+ 𝐿3 1 𝐿4 Lt= 3+ 1 1 6 +1+ 3 1 2 Lt= 3 + 1 Lt= 4 H d) a corrente total do circuito abaixo XL= 2.π.F.L XL= 1507,96Ω I= V/XL I= 120/1507,96 I= 0,08A I= 80 mA e) as correntes através das indutâncias L2, L3 e L4, conforme o circuito abaixo I1= 𝑉𝑇 2.𝜋.𝐹.𝐿𝑡 = 0,066ª = 66Ma V1= XL1. 𝑣𝑡 𝑥𝑡 V1= 2.π.F.L1. 𝑣𝑟 2.𝜋.𝑓.𝑙𝑡 V1= 1130,97 . 100 1507,96 V1= 75V V2= 100 – 75 = 25V I1= 25 2.𝜋.60.6 = 0,011A I2= 25 2.𝜋.60.3 = 0,022A I3= 25 2.𝜋.60.2 = 0,033A f)Em um circuito indutivo alimentado com110 V rms / 60 Hz, deseja-se que a corrente seja limitada em 200mA. Qual deve ser o valor da indutância da bobina? OBS.: Sendo a corrente de pico na bobina igual a 200mA, considere efetivamento o valor eficaz (VEF ou VRMS XL= 𝑉 𝐼 = 110 0,2 = 550Ω L= 𝑋𝐿 2.𝜋.𝐹 = 550 2.𝜋.60 = 1,46 H g) Explicações sobre o significado da potência ora ser positiva em um determinado ¼ do período, ora ser negativa noutro determinado ¼ do período A potência do circuito de é dado pela multiplicação da tensão com a corrente. Como a tensão e a corrente são alternadas isso significa que hora elas possuem sinal positivo, hora possuem sinal negativo. Como a tensão e a corrente estão fora de fase os sinais da tensão e da corrente também ficam fora de fase. No primeiro ¼ tanto a tensão quanto a corrente possuem sinais positivos, isso resulta em uma potência de sinal positivo. No segundo ¼ a tensão é positiva, porém a corrente é negativa, isso resulta em uma potência com sinal negativo. No terceiro ¼ tanto a tensão quanto a corrente são negativas resultando em uma potência positiva. No quarto ¼ a corrente é positiva, já a tensão é negativa, resultando em uma potência de sinal negativo. 9) De acordo com os circuitos capacitivos em CC, pede-se: a) o conceito e os tipos de capacitores ou condensadores existentes Os capacitores são elementos de circuitos ou simplesmente componentes elétricos ou eletrônicos que possuem certa propriedade de se opor à variação da tensão elétrica. Fisicamente, os capacitores, também chamados de condensadores, são compostos por duas placas condutoras paralelas (terminais) e separadas por um isolante ou dielétrico, que pode ser de ar, porcelana, vidro, plástico, papel, borracha, etc. b) os fatores construtivos que determinam a capacitância A sua construção física define a quantidade de cargas que o capacitor consegue armazenar, ou seja, a capacitância dos capacitores. A capacitância leva em consideração alguns parâmetros, tais como: o valor do capacitor, a constante dielétrica típica do dielétrico do capacitor, a distância entre as placas e a área das placas. c) explicações sobre todo o processo de carga e descarga de tensões em circuitos CC capacitivos, inclusive com representação em gráficos (curva v x t) O processo de carga inicia quando fechamos a chave S. No instante imediato a este fechamento (t=0) o circuito comporta-se como se o capacitor n˜ao existisse. Portanto a corrente i no instante t=0 ´e igual a V0/R. A medida que o capacitor ´e carregado esta corrente diminui. d) explicações sobre constante dielétrica e rigidez dielétrica E definida com base na razão da permissividade elétrica de um meio pela permissividade elétrica do vácuo. Essa propriedade é aplicada em capacitores, uma vez que se procura inserir, entre suas placas, meios com grandes constantes dielétricas, aumentando-se, assim, a sua capacitância. Rigidez dielétrica é o limite superior da intensidade de campo elétrico que determinado dielétrico é capaz de suportar sem tornar-se condutor. 10)De acordo com os circuitos capacitivos em CA, pede-se: a) explicações sobre o fato de que o capacitor ideal se comporta como um circuito aberto em corrente contínua e como uma resistência elétrica em corrente alternada Em uma corrente contínua (cc), sabemos que um capacitor recebe certa corrente até ficar completamente carregado. Neste ponto, nenhuma corrente passará mais pelo capacitor de forma que o circuito se comporta como se estivesse aberto. No capacitor, com corrente alternada, haverá sempre uma corrente entrando e saindo das placas, e caso a frequência de oscilação da corrente seja alta o suficiente, o capacitor não irá mais impedir o fluxo de corrente, de forma que toda corrente que chega será transferida. b) a relação fasorial (vetorial) existente entre a tensão e corrente Diz-se que a tensão e a corrente estão em fase: os dois vetores têm sempre a mesma direção e sentido, de forma que ambas as funções atingem os respetivos valores máximo e mínimo em simultâneo. c) quando a chave do circuito abaixo for fechada, o fusível queimará? https://mundoeducacao.uol.com.br/fisica/capacitores.htm https://mundoeducacao.uol.com.br/fisica/campo-eletrico.htm https://mundoeducacao.uol.com.br/fisica/campo-eletrico.htm https://mundoeducacao.uol.com.br/fisica/campo-eletrico.htm https://mundoeducacao.uol.com.br/fisica/condutores-isolantes.htm Xc= 1 2.𝜋.𝑓.𝑐 = 1 0,0063 =159,15Ω i= 𝑉 𝑋𝐶 = 1000 159,15 = 6,28 A Queimara, pois no circuito CA o capacitor funciona como resistência. A corrente será maio que o fusível. d) a capacitância total, a intensidade da corrente e a queda de tensão em C1, do circuito abaixo. Ct= 𝐶1.𝐶2 𝐶1+𝐶2 = 2.10−6.1.10−6 2.10−6+1.10−6 Ct= 2.10−12 3.10−6 = 0,66.10−6= 0,66µF XC= 1 2.𝜋.𝐹.𝐶 = 1 2.𝜋.60.0,66.10−6 = 4019,06Ω I= 𝑉 𝑋𝐶 = 120 4019,06 = 0,03a V1= Xc1 . 𝑣𝑟 𝑥𝑟 = 1 2.𝜋.60.2.10−6 . 0,03 = 39,79V e) a reatância capacitiva total, a intensidade da corrente total e as correntes nos ramos IC1 e IC2, a capacitância total, conforme o circuito abaixo. XC= 1 2.𝜋.𝐹.𝐶1 = 1 2.𝜋.60.2.10−6= 884,19Ω I= 𝑉 𝑋𝐶 = 20 884,19 = 0,023A XC1= 1 2.𝜋.𝐹.𝐶1 = 1 2.𝜋.60.2.10−6 =1326,29Ω I1= 𝑉 𝑋𝐶1 = 2 1326,29 = 0,015A f) em que frequência a corrente no circuito a seguir vale 0,5 A rms ? XC= 𝑉 𝐼 1 2.𝜋.𝐹.𝐶 = 𝑉 𝐼 F= 1 2.𝜋.𝑉.𝐶 = 0,5 2.𝜋.110.47.10−6= 15,39 HZ g) explicações sobre o significado da potência ora ser positiva em um determinado ¼ do período, ora ser negativa noutro determinado ¼ do período. A potência do circuito de é dado pela multiplicação da tensão com a corrente. Como a tensão e a corrente são alternadas isso significa que hora elas possuem sinal positivo, hora possuem sinal negativo. Como a tensão e a corrente estão fora de fase os sinais da tensão e da corrente também ficam fora de fase. No primeiro ¼ tanto a tensão quanto a corrente possuem sinais positivos, isso resulta em uma potência de sinal positivo. No segundo ¼ a tensão é positiva, porém a corrente é negativa, isso resulta em uma potência com sinal negativo. No terceiro ¼ tanto a tensão quanto a corrente são negativas resultando em uma potência positiva. No quarto ¼ a corrente é positiva, já a tensão é negativa, resultando em uma potência de sinal negativo.