01 Aplicações da eletricidade na engenharia

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Aplicações da eletricidade na
engenharia
Você vai compreender os conceitos introdutórios para o estudo da eletricidade básica, os princípios e as
características do sistema elétrico, além das principais grandezas que envolvem a aplicação da energia
elétrica no cotidiano.
Profª. Isabela Oliveira Guimarães
1. Itens iniciais
Propósito
O estudo dos sistemas de geração, transmissão e distribuição de energia elétrica, assim como o entendimento
de grandezas físicas como tensão, corrente e potência, é fundamental para engenheiros de todas as
especialidades. Na prática, esses conhecimentos são essenciais para instalar, operar e manter equipamentos
elétricos.
Preparação
Antes de iniciar o estudo deste conteúdo, tenha em mãos papel, caneta e uma calculadora ou use a
calculadora de seu smartphone/computador.
Objetivos
Reconhecer os princípios da introdução à eletricidade.
Descrever os conceitos básicos da geração, transmissão e distribuição de energia.
Reconhecer as grandezas elétricas aplicadas no cotidiano.
Introdução
O desenvolvimento tecnológico e a necessidade de atentar-se aos aspectos ambientais são fatores motores
para que o estudo da eletricidade se amplie. O uso da eletricidade requer conhecimentos específicos do
profissional, o que garante a melhor eficiência quanto à aplicação de novos recursos e, ainda, preserva o
profissional de questões relacionadas à segurança. 
O conhecimento do sistema elétrico e dos conceitos básicos aplicados no estudo da eletricidade confere bom
funcionamento do sistema. Dessa forma, é necessário conhecer as grandezas fundamentais em eletricidade.
O estudo da eletricidade aplicada possibilita a realização de projetos e contribui para os avanços
tecnológicos, permitindo uma avaliação mais precisa das necessidades e das questões de sustentabilidade.
Neste conteúdo, apresentaremos as grandezas básicas de um circuito elétrico e os conceitos fundamentais
relacionados à geração, transmissão e distribuição de energia. Por fim, mostraremos exemplos de como esse
conhecimento é aplicado no cotidiano.
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1. Introdução à eletricidade
Natureza da eletricidade
Descubra neste vídeo os fundamentos dos circuitos elétricos. Vamos explorar os conceitos básicos das
cargas elétricas para oferecer uma compreensão clara e acessível da eletricidade.
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O termo eletricidade se refere aos efeitos das cargas elétricas na matéria. Os estudos sobre eletricidade
abrangem conceitos de eletrostática e eletrodinâmica. A eletrostática é o estudo das cargas elétricas em
repouso e é fundamental para compreender os fenômenos elétricos. Já a eletrodinâmica foca as cargas em
movimento. 
O objetivo principal deste conteúdo é entender o papel da eletrodinâmica, considerando que ela é responsável
pelas grandezas conhecidas como corrente elétrica, tensão, potência e resistência. Apresentaremos conceitos
e notações importantes para o estudo da eletricidade básica, desde o estudo de cargas estáticas até a
avaliação das cargas em movimento.
Carga elétrica
Os átomos são partículas que constituem a matéria. A composição deles é dada por meio de elétrons, prótons
e nêutrons, que são também conhecidos por cargas. Como é de conhecimento, os elétrons (cargas negativas)
orbitam ao redor do núcleo, onde encontram-se os prótons (cargas positivas) e nêutrons (carga nula), como
pode ser observado a seguir.
Representação da estrutura atômica.
O menor valor atribuído a uma carga elétrica, passível de ser encontrado, é conhecido por carga elementar.
Esse valor é dado em coulomb (C), sendo:
O valor apresentado equivale ao módulo da carga do elétron (ou próton), uma vez que ambos possuem o
mesmo valor, diferindo apenas em sinal.
O átomo em seu estado de equilíbrio possui certa quantidade de energia. Quando um material é exposto a
excitações externas, o elétron adquire energia e, com isso, passa a um estado conhecido por ser instável. O
elétron, ao receber energia, torna-se capaz de transitar para camadas mais externas do átomo. Essa ação faz
com que a distância entre o elétron e o próton se torne superior à anterior, reduzindo a força de atração entre
essas partículas (Lei de Coulomb, que será apresentada nos tópicos posteriores). Caso a força seja
suficientemente reduzida, o elétron pode atingir o estado de elétron livre.
A carga elétrica total de um corpo, definida por , é dada pela diferença entre prótons e elétrons, e o seu
cálculo pode ser executado pela expressão que se segue.
Sendo:
 a quantidade de carga do corpo; o número de cargas em excesso, podendo ser prótons ou elétrons, o
que justifica, assim, o sinal positivo ou negativo; sendo o valor da carga, em coulomb. 
Resumindo
Um átomo em seu estado natural possui números iguais de elétrons e prótons; essa condição faz com
que a carga dele seja neutra. Dessa forma, esse átomo é dito neutro ou em estado de equilíbrio. 
A unidade de medida da carga elétrica é o coulomb (C), em cada C existem elétrons, e pode ser
calculado como:
Podemos exemplificar considerando um corpo inicialmente em equilíbrio, ou seja, com a soma de prótons e
elétrons igual a zero. Quando esse corpo é submetido a uma excitação, perde 4 de seus elétrons, resultando
em um desequilíbrio e em uma carga total diferente de zero. Vamos calcular a carga final do corpo para esse
cenário.
Para solução desse exemplo, algumas considerações podem ser feitas:
Inicialmente, cabe ressaltar que um corpo cuja carga inicial é nula está em equilíbrio. Dessa forma, esse
corpo possui a mesma quantidade de prótons e elétrons.
No exemplo, é dito que o corpo é submetido a um processo que resultou na perda de 4 elétrons e, com
isso, ele possui agora 4 prótons a mais (diferença entre partículas positivas e negativas).
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André Carvalheira
Dadas as considerações que fizemos e, ainda, considerando a equação , que define o cálculo da
carga elétrica, vamos definir para a mesma que o sinal utilizado deve ser positivo, por se tratar de prótons em
excesso, e temos n = 4, o que pode ser observado a seguir.
Exemplo
Acompanhe neste vídeo a solução de um exemplo de um corpo com desequilíbrio de cargas elétricas.
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Processo de eletrização
Um corpo é dito eletrizado quando há retirada ou inserção de elétrons nas suas órbitas. Esse processo recebe
o nome de ionização e pode ocorrer por meio de atrito, contato e indução.
Quando o número de prótons é superior ao de elétrons, diz-se que o corpo está eletrizado positivamente; da
mesma forma, quando o oposto é identificado, o corpo está eletrizado negativamente. Vejamos algumas
formas de promover essa ação nos corpos. Vamos lá!
Atrito
Ao atritar dois corpos, produz-se calor. O calor gerado durante a ação,
em certos casos, pode ser suficiente para que haja transferência de
elétrons entre os materiais. Com isso, ambos passam a estar eletrizados,
sendo um positivamente e outro negativamente. A imagem representa
uma simples experiência de eletrização por atrito, por meio de materiais
facilmente encontrados no nosso cotidiano.
Contato
Vamos considerar dois corpos, um inicialmente eletrizado (negativa ou
positivamente) e o outro neutro. Quando os colocamos em contato, as
cargas livres tentam se mover entre os corpos, redistribuindo-se entre
eles. Isso é feito para alcançar o equilíbrio eletrostático, resultando em
ambos os corpos ficando eletrizados negativamente. Por exemplo, o
processo de eletrização por contato entre dois corpos, "A" e "B".
Indução
A eletrização por indução ocorre por aproximação dos corpos,
considerando um neutro e outro positivamente eletrizado. Ao aproximá-
los, a carga do corpo neutro tende a se orientar, sendo que os elétrons
livres se deslocam no sentido do corpo eletrizado. Com isso, o corpo
neutro passa a estar polarizado. Uma conexão do corpo polarizado com o
terra permite que as cargas repelidas escoem.André Carvalheira
Lei de Coulomb.
É importante ressaltar que equilíbrio eletrostático é diferente de neutro. O equilíbrio eletrostático nada mais é
que a divisão das cargas entre os corpos, ou seja, ambos ficarão com mesmo potencial.
Os tipos de eletrização
Acompanhe neste vídeo uma prática em laboratório sobre os diferentes tipos de eletrização.
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Forças atuantes
A eletrostática, estudo do comportamento das cargas em repouso, parte do princípio da repulsão e atração
em que cargas de sinais iguais se repelem, enquanto as de sinais contrários apresentam atração.
As cargas elétricas que compõem o átomo
estão sob a ação de uma força (e pelo princípio
apresentado essa força pode ser atrativa ou
repulsiva), que é definida pelo comportamento
e sinal das partículas envolvidas. Essa força,
determinada pela Lei de Coulomb, é dada em
newton (N), e se trata de uma grandeza
vetorial.
 
Na imagem, é possível observar os vetores
referentes à força atrativa e repulsiva, sendo
que inicialmente é apresentada a repulsão entre
cargas de sinais iguais e, em seguida, a força
atrativa, que ocorre entre duas cargas de sinais
opostos.
Campo elétrico
É uma grandeza vetorial, sendo este o indicativo (medidor) da força por unidade de carga. O campo elétrico
pode ser gerado por uma carga ou mesmo por um conjunto delas. Ele é de natureza vetorial, possuindo
direção e sentido.
Como ilustrado a seguir, em cargas elétricas pontuais positivas o campo é radial e divergente (as linhas de
força têm sentido de afastamento), enquanto o campo é radial e converge para as cargas pontuais negativas.
Campo elétrico divergente e convergente.
Linhas de campo elétrico
Acompanhe neste vídeo uma demonstração prática das linhas de campo elétrico em laboratório.
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Tensão elétrica
É a medida do potencial de energia adquirida por uma carga ao ser colocada no campo elétrico. É importante
ressaltar que em muitos materiais de estudo essa grandeza é representada pela letra U, e sua unidade é dada
em volts [V], já em outros materiais, é representada por V.
A tensão elétrica, por sua vez, é dada pela diferença de potencial entre dois pontos, isto é, o esforço ou
trabalho necessário para mover uma carga em um campo elétrico, de um ponto “A” até “B”. A diferença de
potencial ou ddp é a variação de potenciais medidos. Essa medida, assim como o potencial, é dada em volts
[V]. Observamos maiores potenciais nas proximidades da carga, pois a força a ser rompida para mover a carga
é maior.
Uma carga positiva, ao ser exposta a uma região de diferentes potenciais, tenderá a se mover do maior para o
menor potencial, o que é representado na próxima imagem. A recíproca é válida para uma carga negativa.
Movimento de elétrons em seção de fio condutor.
É importante destacar os seguintes pontos:
As fontes de tensão utilizadas nos equipamentos são produtos da separação de cargas (positivas e
negativas).
Considerando o potencial entre dois pontos, A e B, a diferença de potencial é descrita pela equação 
.
Considerando ainda a equação apresentada acima, se é positivo. Assim, 
 é negativo.
Corrente elétrica
Acompanhe neste vídeo a utilização de um osciloscópio em laboratório para mostrar a diferença no tempo
entre corrente contínua e corrente alternada.
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André Carvalheira
André Carvalheira
André Carvalheira
André Carvalheira
André Carvalheira
André Carvalheira
Uma das características da carga elétrica é o fato de ela se movimentar, e essa movimentação é o que
denomina a corrente elétrica e conduz aos conceitos que envolvem a eletrodinâmica das cargas.
Ao se aplicar uma tensão, que pode ser uma bateria, as cargas livres, ou seja, os elétrons, movimentam-se na
direção contrária ao campo elétrico, originando a corrente elétrica. É importante atentar aqui que o termo
“corrente” obedece ao que chamamos de convenção de sinais, sendo nesse caso denominado que a corrente
é dada pelo deslocamento das cargas positivas. Contudo, é de conhecimento que a corrente real em
condutores ocorre devido à movimentação de elétrons, veja!
Movimento de elétrons em material condutor.
Em resumo, a corrente elétrica é a quantidade de cargas, ou fluxo de cargas, que atravessa a secção
transversal do condutor, que é quantificada em um período de tempo. Observe a equação.
Em que:
: intensidade de corrente elétrica, medida em ampère, A. Em que A, pela equação, é: .
: carga total que atravessa o corpo.
Atenção
As análises de circuitos elétricos são feitas utilizando os conceitos de corrente convencional. 
Corrente alternada e corrente contínua
O conceito de corrente elétrica já foi apresentado. Há, no entanto, uma diferença básica entre corrente
contínua (CC) e corrente alternada (CA). Vamos conhecer essas duas correntes!
Verificando o aprendizado
Questão 1
Considere um fio condutor sendo atravessado por uma corrente elétrica por um intervalo de 3 segundos. A
intensidade da corrente que o atravessa é de 5 A. Deseja-se calcular a quantidade de elétrons que
atravessam a seção transversal do fio, sabendo-se que a carga do elétron é dada por .
A
B
C
D
E
A alternativa E está correta.
Passo 1:
Corrente contínua 
É aquela na qual não é observada variação
de carga à medida que o tempo passa. Isto é,
a carga que atravessa o condutor é
constante.
Corrente alternada 
É aquela em que há variação temporal.
Isto é, a quantidade de carga que
atravessa o condutor ao longo do
tempo é variável.
Utilizando a equação é possível calcular a carga total, Q, que atravessa a seção: . Assim,
temos: .
Passo 2:
O enunciado da questão pede a quantidade de elétrons que atravessa a seção, o que faz necessário o uso
da equação . Assim, temos que . Lembrando que o sinal negativo se refere à carga do
elétron.
Em que temos:
 elétrons.
Questão 2
A corrente elétrica circula em determinado sentido, definido por sentido convencional. A partir dessa
informação, assinale a alternativa correta:
A
A corrente circula do maior potencial para o menor.
B
A corrente convencional possui o mesmo sentido que a corrente real.
C
A corrente flui do menor para o maior potencial.
D
É oscilante em torno de uma posição de equilíbrio.
E
Possui mesmo sentido que a corrente real, mas de diferente intensidade.
A alternativa E está correta.
Por definição, a corrente convencional segue o fluxo oposto à corrente real, que se refere ao trânsito de
cargas livres, elétrons. Assim, desprezando o sinal do elétron, em que o fluxo é do menor para o maior
potencial, a corrente convencional acontece de forma oposta, do maior para o menor potencial.
2. Gerando, transmitindo e distribuindo energia
Utilização da eletricidade pela sociedade
Compreenda neste vídeo os conceitos básicos da geração, transmissão e distribuição de energia elétrica.
Explore os fundamentos essenciais por trás do funcionamento dos sistemas elétricos que alimentam nossas
casas, as indústrias e comunidades.
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É sabido que a eletricidade foi descoberta por um filósofo grego chamado Tales de Mileto, cujos experimentos
com atrito possibilitaram que ele enxergasse características atrativas entre os objetos estudados. A partir de
então, os estudos se desenvolveram até resultar no que temos atualmente.
Diariamente são desempenhadas diversas atividades que requerem o uso de eletricidade. Para chegar aos
terminais residenciais pronta para o uso, ela passa por inúmeros processos de transformação, que garantem
que sua oferta seja feita de forma segura aos consumidores. A eletricidade é uma fonte secundária de energia,
isto é, sua obtenção é proveniente de uma fonte primária (solar, hidráulica, carvão, petróleo e outras). 
Essa obtenção parte do princípio da primeira Lei da Termodinâmica, ou seja, a Lei da Conservação da Energia,
que estabeleceque nada se cria ou se perde, tudo se transforma. Assim, até chegar à eletricidade, a energia
em seu estado primário é transformada. Existem diversas formas de executar esse processo, porém, cada um
deles possui uma desvantagem a ser considerada, seja ela relacionada ao custo ou, ainda, aos impactos
ambientais, constantemente discutidos.
Caminho percorrido pela eletricidade
Para que a eletricidade chegue até os locais de consumo, ela percorre caminhos que vão desde a geração
(local onde ocorre a transformação da energia), transmissão e distribuição, sendo estas últimas etapas que
compõem o transporte. Os tópicos a seguir têm o intuito de contextualizar o processo necessário para que a
eletricidade se torne apta a ser utilizada, o que pode ser visto na imagem.
Caminho percorrido pela eletricidade.
Geração
Uma grande evolução dos estudos relacionados à eletricidade ocorreu em 1831, com Michael Faraday e suas
propostas que envolveram a variação da corrente e indução magnética, conduzindo, assim, ao primeiro
experimento e à aplicação na geração de correntes elétricas. Esse conceito se aperfeiçoou ao longo do
tempo, e é senso comum que os geradores são as principais fontes de eletricidade.
Michael Faraday (1791-1867)
Foi um físico e químico britânico que atou com fortes contribuições para os estudos do
eletromagnetismo e da eletroquímica.
A geração de eletricidade consiste em transformar ou converter um recurso energético em eletricidade e,
como dito, o gerador é uma das formas mais comuns de se fazê-lo. No Brasil, a matriz elétrica é composta
majoritariamente por recursos hídricos. Contudo, a escassez desses recursos, agregada às preocupações
quanto ao uso de recursos menos poluentes, faz com que a busca por fontes renováveis seja um tópico em
constante debate.
Agora, vamos estudar os tipos de geração de energia e a utilização da corrente contínua e alternada.
Tipos de geração
A matriz elétrica brasileira é majoritariamente hídrica. Contudo, é importante conhecer as principais fontes que
contribuem para o fornecimento de eletricidade no país.
Matriz elétrica brasileira.
Segundo a EPE (Empresa de Pesquisa Energética), a matriz elétrica brasileira é composta em sua maioria de
fontes renováveis. Ainda é possível que isso ocorra principalmente devido ao fato de as fontes hidráulicas
possuírem grande participação. Essa é uma enorme vantagem, pois faz com que a geração de eletricidade no
país seja considerada mais limpa, quando comparada com a de outros países. É importante ressaltar que o
uso de fontes solares e eólicas vem crescendo anualmente, contribuindo para a manutenção de uma matriz
renovável.
Utilização da corrente contínua e alternada
Em geral, a corrente contínua pode ser utilizada em circuitos de baixa tensão, como os eletroeletrônicos,
pilhas e baterias. Além disso, é bem comum a aplicação da corrente contínua na geração de energia solar
fotovoltaica.
Os geradores de corrente alternada, contudo, são mais eficientes que os geradores CC. Na transmissão, essa
perda é reduzida, se feita em corrente alternada.
Transmissão
A energia elétrica que se encontra nas usinas geradoras precisa ser transportada aos centros de distribuição.
Essa ação é desempenhada pelo sistema de transmissão. Por meio desse sistema, a energia é transmitida das
unidades geradoras até a distribuição. Para isso, utiliza-se, em geral, corrente alternada a elevados níveis de
tensão, sendo estes alcançados com o auxílio de transformadores elevadores.
Linhas de transmissão.
A elevação da tensão para transmissão de energia se dá em
razão da eficiência desejada no processo. Uma vez que a
tensão de saída do transformador é elevada, a corrente é
reduzida, impactando diretamente nas perdas por efeito
Joule ocorridas no processo.
Para a transmissão em corrente contínua, é necessário que
a corrente alternada seja retificada, para que então seja
transportada. Essa transmissão pode ser feita utilizando
apenas um cabo.
Transmitindo energia
Acompanhe neste vídeo a apresentação das formas de
transmissão de energia desde sua fonte até seus pontos de
distribuição.
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Agora, vamos conhecer um pouco sobre transformadores e efeito Joule.
Transformadores
São equipamentos utilizados para aumentar ou reduzir os níveis de tensão ou correntes elétricas. A relação
entre tensão e corrente no terminal do transformador é inversamente proporcional, isto é, elevada tensão no
terminal implica baixa corrente no terminal. Essa relação pode ser mais bem observada por meio do modelo
matemático apresentado pela seguinte equação:
Existem diversos tipos de transformadores, que variam com a aplicação, potência e modelo.
A matemática no transformador
Acompanhe neste vídeo a solução de um exemplo de cálculo de corrente de saída em um transformador
bifásico.
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Efeito Joule
Refere-se a um efeito físico em que há conversão de energia em calor. Um exemplo é o que ocorre na
transmissão de energia: os cabos são percorridos por correntes elétricas. Nesse processo de transferir a
energia, há aquecimento dos cabos, ou seja, a eletricidade é transformada em calor, produzindo perdas.
Quanto maior o nível de corrente, maiores são as perdas observadas, fazendo-se essencial a redução delas
para que se preserve a maior quantidade de energia elétrica possível.
Distribuição
É o ramo do setor elétrico responsável por fazer com que a energia chegue efetivamente até os pontos
consumidores após passar pelo sistema de transmissão. Historicamente, os registros indicam que esse
transporte de eletricidade se dava por meio de condutores de ferro, que evoluíram até que finalmente
começaram a fabricar fios de cobre cobertos por isolante.
Com o crescimento industrial, veio a necessidade de desenvolver o sistema de distribuição, que deu início à
iluminação pública. A primeira cidade brasileira a receber um sistema de distribuição foi Campos dos
Goytacazes, no interior do Rio de Janeiro, em 1883. São observadas mudanças nas redes quando comparadas
àquelas iniciais e as atuais vigentes. Os condutores eram de cobre e mais tarde foram substituídos por
alumínio. A isolação desses condutores também evoluiu. Quanto à estrutura física, houve mudanças nos
materiais dos isoladores e postes. Os transformadores foram reduzidos e passaram a apresentar maior
desempenho.
Curiosidade
É importante destacar que a literatura frequentemente menciona o termo "sistema de subtransmissão".
Trata-se da distribuição em alta tensão, que foi aumentada para a transmissão. Essa tensão precisa ser
reduzida por transformadores para ser utilizada. 
Por fim, no sistema de distribuição, em média tensão, há novamente um ajuste de tensão que pode ser média
tensão ou baixa tensão (consumidores residenciais). A Aneel (Agência Nacional de Energia Elétrica) define os
seguintes níveis de tensão para o sistema de distribuição. Veja!
Alta tensão
Superior a 69 kV e inferior a 230 kV.
Média tensão
Superior a 1 kV e inferior a 69 kV.
Baixa tensão
Igual ou inferior a 1 kV.
Distribuindo energia
Acompanhe neste vídeo a apresentação das diferentes maneiras de distribuição de energia.
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Comercialização de energia
A energia distribuída aos consumidores vem das unidades geradoras. Essas distribuidoras são empresas
concessionárias, fiscalizadas e regulamentadas pela Aneel, que adquirem o direito de operar o sistema por
meio de concessão. Assim, a energia é adquirida pela distribuidora por meio do mercado de energia.
O mercado de energia tem por base as duas vertentes a seguir.
Ambiente de contratação regulado (ACR).
Ambiente de contratação livre (ACL).
No ambiente de contratação livre, o consumidor pode adquirir a energia diretamente dos geradores. Porém,
isso não é permitido aos consumidores de pequeno porte (residenciais), cujo ambiente de contratação é
regulado e não possibilita a escolha nahora da compra. Ambas as vertentes possuem regras que são regidas
e controladas pela CCEE (Câmara de Comercialização de Energia Elétrica). Todas as informações são de
acesso público.
Fontes de energia
Acompanhe neste vídeo a apresentação das diversas fontes de energia, incluindo uma análise dos seus prós e
contras.
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Existem, atualmente, para acesso e diversificação da matriz geradora, diversas fontes de energia. Elas podem
ser categorizadas em renováveis e não renováveis. É importante conhecer algumas delas, bem como as
vantagens e desvantagens que seu uso implica. Assim, é possível exercer um bom planejamento do sistema e
fazer uso dos recursos com maior eficiência.
A seguir, apresentaremos os aspectos principais característicos das diversas formas de geração disponíveis
atualmente. Confira!
Energia hídrica
Utiliza a movimentação da água para geração de eletricidade.
Vantagem
Fonte limpa e altamente utilizada no Brasil.
Renovável.
Desvantagem
Para a construção desse tipo de usina, pode ser necessário um grande impacto ambiental, que
interfere tanto na biodiversidade quanto na migração de populações residentes nas
proximidades.
A construção é feita distante dos centros de consumo, devido à necessidade de vazões
elevadas ou quedas-d’água. Isso faz com que sejam utilizadas linhas de transmissão muito
longas.
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Energia solar fotovoltaica
Produção de energia elétrica utilizando a captação da luz solar, feita por meio de células fotovoltaicas.
Vantagem
É uma fonte considerada limpa e de grande abundância em diversas regiões, dada a alta
incidência solar.
A vida útil de um sistema fotovoltaico é, em média, de 25 anos.
Desvantagem
Para utilização desse tipo de energia, é necessário aplicar tecnologias que podem encarecer e
inviabilizar o investimento.
É uma fonte intermitente, isto é, não é possível gerar energia durante a noite.
Energia eólica
Produção de energia partindo da disponibilidade do vento.
Vantagem
É uma fonte considerada limpa.
Desvantagem
Para esse tipo de energia, é necessária a construção de parques eólicos, que impactam na
paisagem e devem ser instalados em regiões distantes das cidades, dada a poluição sonora.
Limitação de geração devido ao vento.
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Biomassa
A produção de energia ocorre dada a combustão de materiais orgânicos. Entre eles, podem ser
identificados: madeira, bagaço de cana-de-açúcar e outros.
Vantagem
É de baixo custo.
É menos poluente que a queima de combustíveis fósseis.
Desvantagem
Demanda recursos hídricos.
Requer áreas destinadas à agricultura, o que pode levar ao desmatamento de certas regiões.
Apesar de menos poluente, ainda produz CO2 e muitas cinzas.
Energia maremotriz
Geração de eletricidade por meio das marés.
Vantagem
É uma fonte considerada limpa.
Desvantagem
Para utilização desse tipo de energia é necessário aplicar tecnologias que podem encarecer e
inviabilizar o investimento.
Necessita de marés fortes.
Pode impactar a vida marinha.
Entre as fontes não renováveis, observe algumas!
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Combustíveis fósseis
Geração de eletricidade proveniente da queima de combustíveis fósseis.
Vantagem
Oferece elevada eficiência.
São de custo inferior às fontes alternativas de energia.
Desvantagem
São altamente poluentes, pois emitem grandes quantidades de gases (CO2), contribuindo para
o aquecimento global.
Os reservatórios vêm sofrendo redução substancial, devido ao uso intenso desses
combustíveis.
Energia nuclear
Geração de energia elétrica a partir do calor provocado pela fissão nuclear.
Vantagem
Não há liberação de gases contribuintes ao efeito estufa.
A produção não está atrelada a fatores climáticos.
Desvantagem
A produção é de alto custo.
Apresenta potenciais riscos de acidentes.
Tarifas
São a forma de remuneração pelo uso do sistema elétrico e pela energia utilizada. Durante o ano, é possível
observar a variação no custo total pago, que se deve à troca de bandeiras. Essas bandeiras se referem ao uso
de diferentes geradores, que podem exigir maiores investimentos que os usuais, elevando ou reduzindo a
fatura final.
Aos consumidores de baixa renda, aplica-se a tarifa social de energia elétrica (TSEE). Essa tarifa foi criada
pela Lei n° 10.438/2002 e permite que sejam concedidos descontos para os consumidores enquadrados na
Subclasse Residencial Baixa Renda, que são beneficiados com a isenção do custeio da Conta de
Desenvolvimento Energético ‒ CDE e do custeio do Programa de Incentivo às Fontes Alternativas de Energia
Elétrica ‒ Proinfa.
Entre as classes e subclasses de consumidores definidas pela Aneel, tem-se:
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Classe Subclasse
Residencial
Baixa renda. 
Baixa renda indígena. 
Baixa renda benefício de prestação continuada da assistência social. Baixa
renda multifamiliar.
Industrial 
Comercial
Serviços de transporte, exceto tração elétrica. 
Serviços de comunicações e telecomunicações. 
Associações e entidades filantrópicas.
Templos religiosos.
Administração condominial: iluminação e instalações de uso comum de prédio
ou conjunto de edificações. Iluminação em rodovias: solicitada por quem
detenha concessão ou autorização para administração em rodovias.
Semáforos, radares e câmeras de monitoramento de trânsito, solicitados por
quem detenha concessão ou autorização para controle de trânsito.
Rural
Agropecuária rural; 
Instalações elétricas de poços de captação de água; 
Serviço de bombeamento de água destinada à atividade de irrigação;
Agropecuária urbana; 
Residencial rural; 
Cooperativa de eletrificação rural;
Agroindustrial; 
Serviço público de irrigação rural;
Escola agrotécnica: estabelecimento de ensino direcionado à agropecuária; 
Aquicultura.
Poder
público
Serviço público;
Tração elétrica;
Água, esgoto e saneamento;
Consumo próprio.
Tabela: Classes e subclasses de consumidores definidas pela Aneel.
Aplicação da eletricidade
Entre as diversas aplicações da energia elétrica, podemos citar:
Máquinas elétricas: onde é feita a conversão da energia elétrica em mecânica, análogo ao processo
que ocorre nos geradores, em que a energia mecânica é transformada em elétrica.
Sistemas de controle: estudam a dinâmica e buscam a estabilização frente a distúrbios.
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Telecomunicações: setor no qual podemos observar a transmissão de dados feita por meio de ondas
eletromagnéticas.
Computação.
Automação.
Verificando o aprendizado
Questão 1
Qual é o tipo de geração elétrica recomendado para uma pequena vila, localizada em um vale entre
montanhas de difícil acesso, sabendo-se que o local contém um curso d’água utilizado para consumo da
cidade e irrigação de pequenas lavouras, pouco vento e uma alta incidência solar?
A
Termoelétrica, pois é possível utilizar a água do rio no sistema de refrigeração.
B
Eólica, pois a geografia do local é própria para a captação desse tipo de energia.
C
Nuclear, pois o modo de resfriamento de seus sistemas não afetaria a população.
D
Fotovoltaica, pois é possível aproveitar a energia solar que chega à superfície do local.
E
Hidrelétrica, pois o rio que corta o município é suficiente para abastecer a usina construída.
A alternativa D está correta.
A forma de obtenção de energia mais indicada, dentre as citadas, é a fotovoltaica, pois, avaliando as
considerações do problema, percebemos que a região apresenta alta incidência solar, o que beneficia o uso
dessa fonte de energia.
Questão 2
Qual das fontes de energia primária apresentadas abaixo não possui sustentabilidade ambiental?
A
Biomassa, massa dos seres vivos habitantes de uma região.
B
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Hidrogênio, usado como célula combustível.
C
Biogás, utilização das bactérias na transformação de detritos orgânicos em metano.
D
Carvão mineral, extraído da terra pelo processo de mineração.
E
Energia geotérmica, aproveitamento do calor do interior da Terra.
A alternativa D está correta.O carvão mineral é um tipo de fonte de energia não renovável. Ele se encontra entre os combustíveis
fósseis e é altamente poluente. Todas as demais alternativas são referentes a energias renováveis,
conhecidas também como energias alternativas (nem toda energia alternativa é necessariamente
renovável).
3. Eletricidade e projetos
Projetos elétricos e eletrônicos
Explore neste vídeo os diversos usos da eletricidade no dia a dia. Veja como a eletricidade, desde os
dispositivos mais simples até as inovações tecnológicas avançadas, permeia nossas vidas e impulsiona o
progresso em várias áreas.
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Para desenvolver projetos elétricos com segurança, é essencial que o profissional tenha formação adequada
para entender os aspectos de segurança para pessoas e equipamentos. Isso inclui compreender os
componentes básicos e o funcionamento dos circuitos elétricos e instalações. Além disso, é recomendável o
uso de símbolos e nomenclaturas padronizados para facilitar a compreensão do projeto por outros
profissionais da área.
Circuito elétrico
Pode ser caracterizado e definido por um caminho pelo qual a carga deve ser transportada. Em uma
residência, existem diversos circuitos elétricos que transportam a carga até os terminais onde serão feitas as
conexões de equipamentos (tomadas e plugs) e a iluminação.
A composição de um circuito é dada por meio de uma fonte, podendo esta ser o sistema elétrico, como ocorre
nas residências, ou até mesmo uma pilha, em circuitos CC de pequeno porte. A diferença de potencial
existente devido à fonte é o que permite a circulação de cargas, caracterizando a corrente elétrica. Assim, a
corrente percorre o caminho construído por fios de material condutor. É importante destacar os seguintes
aspectos que caracterizam alguns materiais encontrados em circuitos e instalações elétricas. Veja!
Condutor
Apresenta maior liberdade no que diz respeito ao movimento de cargas elétricas. Isso ocorre devido à
fraca ligação entre elas e o núcleo, possibilitando fácil desprendimento.
Semicondutor
É material de baixa condutividade, podendo mudar de estado, de isolantes para condutores. Em
condições normais, ele não conduz corrente elétrica, mas recebendo certa quantidade de energia, os
elétrons podem transitar para a camada de condução.
Isolante
Refere-se a materiais cujos elétrons não desprendem facilmente, havendo forte ligação entre o núcleo
e os elétrons.
Um circuito elétrico pode ser caracterizado e definido por um caminho pelo qual a carga deve ser
transportada. Em uma residência, existem diversos circuitos elétricos que transportam a carga até os
terminais onde serão feitas as conexões de equipamentos (tomadas e plugs) e a iluminação. 
Circuito elétrico na prática
Acompanhe neste vídeo a demonstração prática de como montar um circuito elétrico em um protoboard,
explorando seus elementos principais.
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Resistência elétrica
No momento em que a corrente percorre o material condutor, este apresenta uma resistência à passagem da
corrente. A resistência é uma propriedade do material cuja representação é dada pela letra R. Esse valor pode
ser calculado como mostra a equação seguinte.
Em que:
: representa a resistividade do material, dada em ohms-metro.
: representa o comprimento do condutor.
: representa a área da seção transversal.
Veja as variáveis apresentadas pela equação!
Seção transversal de um condutor.
• 
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• 
A tabela a seguir apresenta a resistividade para alguns materiais mais comuns.
Material Resistividade Emprego
Prata Condutor
Cobre Condutor
Alumínio Condutor
Ouro Condutor
Carbono Semicondutor
Germânio Semicondutor
Silício Semicondutor
Papel Isolante
Mica Isolante
Vidro Isolante
Teflon Isolante
Tabela: Resistividade de materiais. 
Isabela Oliveira Guimarães.
Ao observar a primeira equação apresentada neste tópico, vemos que quanto maior a resistividade do
material, mais resistente ele é à passagem de corrente elétrica. Dessa forma, podemos ver por meio da tabela
de resistividade de materiais que os materiais de maior resistividade são categorizados como isolantes. Em
circuitos elétricos, esse efeito é modelado pelo resistor.
Exemplo de resistor.
A relação entre tensão e corrente para um resistor é modelada pela primeira Lei de Ohm. Por meio desta, é
dito que há uma relação de proporcionalidade entre tensão e corrente, como descreve a equação a seguir.
Em que:
 é a tensão.
 é a corrente.
Essa proporção entre as grandezas em um resistor é definida pela resistência dele.
Destacamos, contudo, os seguintes pontos:
A resistência, representada pela letra R, refere-se à capacidade de resistir ao fluxo de corrente.
Resistência é uma propriedade do material, diversos são os fatores que podem alterá-la, como
temperatura.
A relação entre tensão e corrente em um resistor é descrita matematicamente como se segue, apresentada
pela Lei de Ohm.
• 
• 
1. 
2. 
Em que:
 é a tensão.
 é a corrente.
 é a resistência.
Para aplicar a Lei de Ohm, deve-se atentar ao sinal da corrente e à polaridade da tensão. Isto é, a corrente
convencional flui do maior para o menor potencial, resultando em uma tensão positiva. Caso o oposto seja
identificado (ou definido), o potencial é negativo.
Quando o valor do resistor é nulo, o circuito é visto como um curto-circuito, pois a baixa resistência faz com
que altas correntes circulem pelo resistor.
Considerando o outro extremo, em que a resistência é elevada e o valor do resistor tende ao infinito, a
corrente é nula. Isso pode ser visto na equação apresentada anteriormente, que mostra a relação entre tensão
e corrente em um resistor. Assim, o circuito se comporta como um circuito aberto.
O conceito de resistência elétrica
Acompanhe neste vídeo a explicação das duas leis de Ohm, com a solução de exemplos para elucidá-las.
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Circuitos série e paralelo
Acompanhe neste vídeo a gravação de dois experimentos em laboratório, onde será feita uma comparação
entre teoria e prática. Serão analisados circuitos de resistências em série e em paralelo.
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É importante destacar que o circuito elétrico (caminho por onde a corrente circula, composto de
equipamentos como fontes, resistores e outros) pode ser configurado de várias formas. Observe!
Circuito série
Todos os elementos estão conectados em série. Isso significa que a corrente que passa por todos os
elementos é a mesma.
Nota: resistores em série podem ser associados por meio da soma, resultando em uma resistência
final maior que a resistência individual.
• 
• 
• 
Circuito paralelo
Os elementos estão conectados em paralelo. Nele, a tensão, também chamada de diferença de
potencial (ddp), sobre os elementos é a mesma, enquanto a corrente é distinta.
Nota: resistores em paralelo podem ser associados dada a seguinte equação 
Potência e energia
A aplicação dos conceitos e elementos do circuito pode ser facilmente visualizada na prática. Em geral, ao
adquirir um equipamento (lâmpada, TV ou outro), a principal informação é a quantidade de potência com que o
equipamento trabalha. Essa grandeza influencia tanto no desempenho quanto no gasto final mensal
computado pela conta de energia.
Vejamos o seguinte exemplo:
Uma lâmpada de 12 W é mais potente que uma lâmpada de 9 W. Em um mesmo cômodo, essa primeira
lâmpada irá iluminar mais que a segunda. É importante destacar que a escolha da iluminação envolve diversos
outros fatores, como conforto, tamanho do cômodo e iluminação desse espaço, que não são de interesse do
nosso estudo.
A potência de um equipamento é dada em watts e está relacionada à quantidade de energia consumida em
determinado período. Assim, sendo:
Em que:
 representa a potência dada em watts (W).
 representa a energia, dada em joule (J).
 representa o tempo, em segundos (s).
Sabe-seque a corrente é dada pela variação de cargas que atravessa a seção de um condutor. Desse modo, a
equação pode ser rearranjada, tal que:
Assim, tem-se que a potência pode ser representada matematicamente pele seguinte equação:
A equação acima descreve a potência instantânea, sendo que:
A potência instantânea varia com o tempo.
• 
• 
• 
1. 
Se o sinal resultante da Equação 11 for positivo, o elemento está absorvendo a quantidade de potência
calculada, do contrário, ele está fornecendo potência ao sistema. Exemplo: se um elemento absorve
-10W de potência, isso implica que ele está fornecendo 10W.
Pela lei da conservação de energia, dentro de um circuito, a soma das potências deve ser nula, uma
vez que havendo fornecimento por uma parte, há consumo em outra.
Para calcular a energia, basta integrar a equação da potência no período de tempo avaliado.
Para ilustrar a aplicação desses conceitos, vamos analisar um exemplo:
As concessionárias de energia cobram dos seus clientes partindo do consumo diário de energia, que é
mensurado em quilowatts-hora (kWh). Existem vários fatores que influenciam no custo, porém, estes serão
desprezados nessa análise inicial. O consumidor paga mensalmente uma tarifa mínima, ainda que não utilize
energia em sua residência. Isso é feito porque o sistema necessita se manter operando e existem, portanto,
taxas a serem pagas, para que esse sistema esteja pronto a atender o consumidor.
O quadro a seguir apresenta um esboço de consumo mensal de alguns eletrodomésticos.
Aparelho Consumo (kWh)
Aquecedor de água 500
Freezer 100
Iluminação 100
Máquina de lavar louça 35
Ferro de passar 15
TV 10
Torradeira 4
Lavadora de roupa 120
Fogão elétrico 100
Secadora 80
Micro-ondas 25
Computador 12
Rádio 8
Relógio 2
Tabela: Consumo mensal de eletrodomésticos em kWh.
Alexander; Sadiku, 2013.
Considere uma residência em que o consumo ao final do mês tenha sido de 800 kWh. É desejável calcular o
consumo mensal (em reais) utilizando os seguintes dados da escala tarifária residencial:
Tarifa mensal básica a ser paga pela operação do sistema é de R$ 19,00.
O custo dos primeiros 100 kWh é de R$ 0,16 por kWh.
O custo dos 200 kWh seguintes é de R$ 0,10 por kWh.
O custo dos kWh seguintes é de R$ 0,05 por kWh.
2. 
3. 
• 
• 
• 
• 
Observa-se que o custo do kWh reduz à medida que o consumo aumenta.
Para o cálculo final da tarifa, devemos:
Considerar os primeiros kWh, em que: 100x0,16 = R$ 16,00
Considerar os 200 kWh seguintes: 200x0,10 = R$ 20,00
Considerar os kWh restantes: 500x0,05 = R$ 25,00
Para o cálculo do valor final da conta, devemos observar que a tarifa básica deve ser incluída:
De posse desse resultado, é possível calcular ainda o custo médio do Kwh, em que:
Potência e energia
Acompanhe neste vídeo teórico onde serão discutidos os conceitos de potência e energia.
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Verificando o aprendizado
Questão 1
Considere uma diferença de potencial de 9,0 V aplicada em um resistor cujo valor é de 3,0 Ω. Calcule a
corrente elétrica que percorre o resistor e a potência dissipada por ele. Assinale a alternativa correta:
A
1,0 A e 9,0 W
B
2,0 A e 18,0 W
C
3,0 A e 27,0 W
D
4,0 A e 36,0 W
• 
• 
• 
E
5,0 A e 45,0 W
A alternativa C está correta.
Para calcular a corrente que circula pelo circuito, aplica-se a Lei de Ohm, sendo:
De posse da corrente calculada, deseja-se saber a potência dissipada nesse resistor. Dessa forma, é
necessário manipular as equações como se segue:
Assim: 
Sendo: 
Questão 2
Uma lâmpada possui os seguintes dados nominais: 6,0 V; 20 mA. Considerando essas informações, assinale a
alternativa correta em relação à resistência elétrica do seu filamento:
A
150 Ω, sempre, com a lâmpada acesa ou apagada.
B
300 Ω, sempre, com a lâmpada acesa ou apagada.
C
300 Ω com a lâmpada acesa e tem um valor bem maior quando apagada.
D
300 Ω com a lâmpada acesa e tem um valor bem menor quando apagada.
E
600 Ω com a lâmpada acesa e tem um valor bem maior quando apagada.
A alternativa D está correta.
Para calcular o valor da resistência, aplica-se a Lei de Ohm, sendo: 
Assim: 
A resistência varia com a temperatura. Assim, quanto maior a temperatura, menor é a resistência, fazendo
com que o aquecimento promova a perda de energia, efeito Joule. Quando a lâmpada se encontra apagada,
a temperatura é inferior. Desse modo, a resistência é menor.
4. Conclusão
Considerações finais
Neste conteúdo, tratamos de conceitos básicos para o estudo introdutório da eletricidade aplicada. 
Apresentamos os conceitos referentes à eletrostática e eletrodinâmica, permitindo identificar como a corrente
elétrica ocorre dentro de um condutor. Destacamos as características do sistema elétrico de potência, desde
a geração até o consumo, bem como as novas fontes de energia emergentes, além de suas vantagens e
desvantagens. Por fim, mostramos uma aplicação dos conceitos elétricos no cotidiano, destacando o
entendimento desses conceitos e como eles afetam no valor pago na tarifa de energia.
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Ouça e entenda como o progresso tecnológico e a preocupação com o meio ambiente impulsionam o
estudo da eletricidade. Descubra a importância do conhecimento especializado para garantir eficiência e
segurança no uso da energia elétrica.
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Para saber mais sobre os assuntos abordados neste conteúdo, a Empresa de Pesquisa Energética (EPE)
oferece uma página interativa com dados sobre geração e consumo de energia no Brasil, além de informações
sobre o comércio de energia. Vale a pena conferir!
Referências
ALEXANDER, C. K.; SADIKU, M. N. O. Fundamentos de Circuitos Elétricos. 5. ed. Porto Alegre: AMAGH, 2013.
 
AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA. ANEEL.. Consultado na internet em: 29 jun. 2021.
 
BEM INTERATIVO. Produção de Energia Primária. Shynepe. Consultado na internet em: 29 jun. 2021.
 
BOYLESTAD, R. L. Introdução à análise de circuitos. Rio de Janeiro: Prentice Hall do Brasil, 1998.
 
CRUZ, E. C. A. Eletricidade aplicada em corrente contínua: teoria e exercícios. 2. ed. São Paulo: Érica, 2011.
 
EDMINISTER, J. A.; NAHVI, M. Circuitos elétricos: reedição da edição clássica. 2. ed. São Paulo: Pearson
Education do Brasil, 1991.
 
EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA. EPE. Matriz Energética e Elétrica.. Consultado na internet em: 29 jun.
2021.
 
GUSSOW, M. Eletricidade básica. São Paulo: Makron Books, 1985.
 
JOHNSON, D. E.; HILBURN, J. L.; JOHNNY, R. J. Fundamentos de Circuitos Elétricos. PHB, 1994.
 
MARKUS, O. Circuitos Elétricos: Corrente Contínua e Corrente Alternada. Rio de Janeiro: Érica, 2001.
 
SENAI-SP. Educação Continuada – Circuitos em Corrente Alternada. Consultado na internet em: 29 jun. 2021.
São Paulo, 2002.
	Aplicações da eletricidade na engenharia
	1. Itens iniciais
	Propósito
	Preparação
	Objetivos
	Introdução
	Conteúdo interativo
	1. Introdução à eletricidade
	Natureza da eletricidade
	Conteúdo interativo
	Carga elétrica
	Resumindo
	Exemplo
	Conteúdo interativo
	Processo de eletrização
	Atrito
	Contato
	Indução
	Os tipos de eletrização
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	Forças atuantes
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	Linhas de campo elétrico
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	Tensão elétrica
	Corrente elétrica
	Conteúdo interativo
	Atenção
	Corrente alternada e corrente contínua
	Verificando o aprendizado
	2. Gerando, transmitindo e distribuindo energia
	Utilização da eletricidade pela sociedade
	Conteúdo interativo
	Caminho percorrido pela eletricidade
	Geração
	Tipos de geração
	Utilização da corrente contínua e alternada
	Transmissão
	Transmitindo energia
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	A matemática no transformador
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	Baixa tensão
	Distribuindo energia
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	Energia solar fotovoltaica
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	Aplicação da eletricidade
	Verificando o aprendizado
	3. Eletricidade e projetos
	Projetos elétricos e eletrônicos
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	Semicondutor
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	O conceito de resistência elétrica
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	Circuitos série e paralelo
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	Circuito série
	Circuito paralelo
	Potência e energia
	Potência e energia
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	Verificando o aprendizado
	4. Conclusão
	Considerações finais
	Podcast
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	Referências