ELETRICIDADE

Ao final deste curso você terá condições de executar instalações novas e executar manutenções em casas e prédios, poderá executar ligações elétricas residenciais com segurança e confiança em si mesmo.

De onde vem a energia elétr.flv

CONCEITOS BÁSICOS

1. Matéria e Substância

Matéria é tudo que existe no universo.

A madeira, o vidro, a água são exemplos de matéria. No entanto podemos perceber diferenças nessas matérias:

O vidro é transparente, a madeira não.

A água não tem forma própria.

Essas diferenças ocorrem porque cada tipo particular de matéria é uma substância com características próprias.

2. Moléculas e átomos

Molécula é a menor parte que pode existir de uma substância. São partes tão pequenas, que não podem ser vistas mesmo com o auxílio aos microscópios.

Pôr exemplo, uma molécula de água é a menor quantidade de água que pode existir.

As moléculas são constituídas de átomos.

O que caracteriza uma molécula é o tipo de átomo, a quantidade deles e o modo como são combinados para constituí-la.

Atualmente são conhecidos 103 tipos diferentes de átomos. Cada tipo recebeu um nome e tem características próprias.

3. Prótons, Nêutrons e Elétrons

Durante muito tempo se acreditou que o átomo fosse a menor parte da matéria. Tanto assim que o seu próprio nome ( do grego a = sem e tomo = dividir) significa “o que não se pode dividir”. Atualmente, sabe-se que o átomo se compõe de Prótons, Nêutrons e Elétrons.

A estrutura do átomo consiste em um núcleo central, formado pôr dois tipos de partículas simples e indivisíveis: os prótons e os nêutrons. Os prótons têm carga elétrica positiva, e os nêutrons não têm carga.

Em volta desse núcleo gira um número variável de partículas de carga elétrica Negativa        Os elétrons – que realizam milhões de rotações pôr segundo.        O núcleo positivo – prótons – atrai os elementos negativos, impedindo que eles saiam de sua órbita.

Nota:

O hidrogênio é o único elemento que tem apenas um próton no núcleo e um elétron em órbita.

Equilíbrio de cargas elétricas importante saber que, em condições normais, o Número de elétrons em torno de um núcleo é sempre igual ao número de prótons desse núcleo (figs. 5,6,7), havendo, portanto, equilíbrio de cargas elétricas.

É possível, porém, retirar ou acrescentar elétrons aos átomos de um corpo.  Quando isso acontece, passa a existir uma diferença de cargas elétricas no átomo. Dizemos, então, que o átomo está eletrizado ou ionizado.

Quando um átomo perde ou recebe elétrons, transforma-se num Íon. Se ficar com falta de elétrons, será um Íon positivo ou cátion. Se ficar com excesso de elétrons, será um Íon negativo ou Ânion.

Para esclarecimento, vejamos os seguintes exemplos:

Um átomo de ferro tem 26 prótons e 26 elétrons. Se ele perder 3 elétrons, ficará com 26 prótons (carga positiva) e 23 elétrons (carga negativa) e será um Íon positivo ou Cátion. Se o átomo de ferro receber 3 elétrons, ficará com 26 prótons (carga positiva) e 29 elétrons (carga negativa) e será Íon negativo ou Ânion.

Há vários Processos para desequilibrar as cargas elétricas dos átomos de um corpo, criando uma diferença de potencial cuja tensão elétrica será tanto maior quanto maior for a diferença das cargas.

No decorrer do curso, analisaremos os processos industriais, porém podemos estudar agora o primeiro processo de que se tem notícia: o de Eletrização Pôr Fricção.

Sabe-se, quando um corpo é friccionado com outro, ambos adquirem cargas elétricas: um pôr perder elétrons e o outro pôr recebê-lo.

Podemos constatar esse processo, fazendo a experiência que se segue:

A- Cortamos papel fino em partículas do menor tamanho possível.

B- Friccionamos o lado de um pente num pedaço de flanela, seda ou lã, sempre no mesmo sentido.

C- Aproximamos o pente das partículas de papel.

Conclusão: As partículas de papel são atraídas pelo pente.

AS FONTES DA CORRENTE ENTRE O MAIS E O MENOS

4. Tensão Elétrica

Sempre que há uma diferença de potencial (d.d.p.), existe uma tensão tendendo a restabelecer o equilíbrio.

Podemos demonstrar isso facilmente, pôr meio de duas vasilhas com água, ligadas pôr um tubo com registro.

Na fig.2, a água das vasilhas está no mesmo nível, não havendo diferença de potencial entre as mesmas.

Se abrirmos o registro, não haverá fluxo de água de uma para a outra.

Na fig.3, o nível da água na vasilha A é superior ao da vasilha B, existindo uma diferença de potencial entre os nível nas duas vasilhas.

Se abrirmos o registro, haverá fluxo de água de A para B, até que a água fique no mesmo nível nas duas vasilhas.

Do exposto podemos verificar que a diferença de potencial hidráulico (da água) provocou uma tensão hidráulica.

Para entendermos a tensão elétrica, é necessário aprendermos alguma coisa sobre Constituição da matéria.

OS TRÊS MOSQUETEIROS

5. Medida da Tensão Elétrica

Vimos que sempre se modifica a estrutura dos átomos de um corpo, este fica eletrizado. Se tivermos dois corpos com cargas elétricas diferentes, haverá entre eles uma diferença de potencial (D.D.P.) elétrico, da mesma forma que houve uma diferença de potencial hidráulico no caso das vasilhas.

É importante, em todos os campos de aplicação da eletricidade, sabermos o valor da tensão da D.D.P. Para isso, existe uma unidade de medida,que é o Volt, e um instrumento para medi-la, que é o voltímetro.

6. A Corrente Elétrica

Quando um átomo está ionizado, sua tendência é voltar ao estado de equilíbrio.

Evidentemente, um corpo eletrizado tende a perder sua carga, libertando-se dos elétrons em excesso, ou procurando adquirir os elétrons que lhe faltam.

Concluímos, então, que basta unir corpos com cargas elétricas diferentes para que se estabeleça um fluxo de elétrons, que chamamos CORRENTE ELÉTRICA.

Para se ter uma idéia exata da grandeza (INTENSIDADE) de uma corrente elétrica, tornou-se necessário estabelecer uma unidade padrão.

Falar em elétrons que passam pôr segundo num condutor é impraticável, pois os números envolvidos nos problemas seriam enormes. A fim de se eliminar esses inconvenientes, fez-se uso de uma unidade de carga elétrica – o COLOUMB (C) – que corresponde a 6,28 x 1018 elétrons.

A intensidade de corrente elétrica é medida em AMPERE e corresponde à quantidade de COLOUMBS que passa pôr segundo em um condutor.

Uma intensidade de 1 Coulomb pôr segundo equivale a um Amper.

O instrumento que mede a intensidade de corrente é o AMPERÍMETRO.

Devemos lembrar quê:

Corrente Elétrico é um fluxo de elétrons em movimento.

Tensão Elétrica é a força que desloca os elétrons.

7. Sentido da Corrente Elétrica

Para entendermos o sentido da corrente elétrica, é bom recapitularmos as condições de cargas elétrica do átomo.

Como sabemos os prótons tem carga positiva, e os elétrons, cargas negativas. Se o átomo perde elétrons, ficará com carga positiva. Se o átomo recebe elétrons, ficará com carga negativa.

Consideram-se as condições de carga dos átomos apresentados, havendo ligação entre eles, o átomo B (-) cederá dois elétrons ao átomo A (+). Logo, o sentido da corrente elétrica é da carga negativa (-) para a carga positiva (+).

Entretanto, antes de ter alcançado esses conhecimentos sobre os átomos, o homem já fazia uso da eletricidade e sabia que algo se movimentava, produzindo a corrente elétrica, e, pôr uma questão de interpretação, admitiu que o sentido da corrente elétrica fosse do positivo (+) para o negativo (-).

Para evitarmos dúvidas, sempre que considerarmos o sentido da corrente como sendo igual ao dos elétrons, diremos Sentido Eletrônico e, no caso oposto, Sentido Convencional Ou Clássico.

CORRENTE ALTERNADA

O CIRCUITO ELÉTRICO.

É o caminho fechado percorrido pela corrente elétrica.

No circuito elétrico, é importante determinar a função de cada componente, para que se possa entender o seu funcionamento.

A fig.1 mostra um circuito elétrico com os seus componentes identificados.

Vejamos a função de cada um.

Fonte Geradora         É o componente onde a energia elétrica é gerada. Ex: Baterias, dínamos, etc.
	COMO FUNCIONAM AS USINAS HIDRELÉTRICAS

Condutores        São os componentes que conduzem a corrente elétrica da fonte geradora para os receptores. Você já entrou em uma FÁBRICA DE FIOS e CABOS?
Receptores         São os componentes que utilizam a corrente elétrica para produzir luz, força, etc.

Chave ou interruptor É o componente que abre e fecha o circuito.
Funcionamento do circuito elétrico. Quando a chave está fechada, a corrente elétrica circula da fonte geradora para o receptor retornando a fonte.      Esse processo permanece, até que o circuito seja aberto ou a fonte pare de gerar.

Fontes de Energia

As formas de produção diferenciam-se de acordo com a fonte geradora, o impacto no meio ambiente e a viabilidade econômica. As fontes podem ser não-renováveis ou renováveis.

As não-renováveis correspondem aos recursos naturais finitos no meio ambiente, como o urânio, o manganês e os combustíveis fósseis - petróleo, o carvão mineral e gás natural.

Já as renováveis, uma vez exploradas pelo homem, se reconstituem espontaneamente ou por meio de práticas de conservação. Entre elas estão o ar, a água e a vegetação.

Fonte Não renovável	Obtenção	Uso	Vantagens	Desvantagens
Petróleo	Resulta de reações químicas em fósseis depositados principalmente no fundo do mar. É extraído de reservas marítimas ou continentais	Produção de energia elétrica; matéria-prima da gasolina, do diesel e de produtos como o plástico, borracha sintética, cera, tinta, gás e asfalto.	Domínio da tecnologia para sua exploração e refino; facilidade de transporte e distribuição.	polui a atmosfera com a liberação de dióxido de carbono, colaborando para o efeito estufa.
Nuclear	Reatores nucleares produzem energia térmica por fissão (quebra) de átomos de urânio. Essa energia aciona um gerador elétrico.	Produção de energia elétrica; fabricação de bomba atômica.	A usina pode ser instalada em locais próximos de centros de consumo; não emite poluentes que contribuam para o efeito estufa.	Não é tecnologia para tratar lixo nuclear; a construção de usinas é cara e demorada; existe risco de contaminação nuclear.
Carvão mineral	Resulta da transformação química de grandes florestas soterradas. É extraído de minas localizadas em bacias sedimentares.	Produção de energia elétrica; aquecimento, matéria-prima de fertilizante.	Domínio de tecnologia para seu aproveitamento; facilidade de transporte e distribuição.	Libera poluentes como dióxido de carbono e óxidos de nitrogênio; contribui para a chuva ácida.
Gás natural	Ocorre na natureza associado ou não ao petróleo. A pressão existente nas reservas impulsiona o gás para a superfície, onde é coletado em tubulações.	Aquecimento; combustível para geração de eletricidade, veículos, caldeiras e fornos; matéria-prima de derivados da indústria petroquímica.	Não emite poluentes; pode ser utilizado nas formas gasosa e líquida; existe grande número de reservas.	A construção de gasodutos e metaneiros (navios especiais) para o transporte e a distribuição requer alto investimento.
Renovável hidroeletricidade	A energia liberada pela queda de água represada move uma turbina que aciona um gerador elétrico.	Produção de energia elétrica.	Não emite poluentes; a produção é controlada; não interfere no efeito estufa.	Inundação de grandes áreas e deslocamento de população residente; a construção das usinas é cara e demorada.
Eólica	O movimento dos ventos é captado por pás de hélices gigantes ligadas a uma turbina que acionam um gerador elétrico.	Produção de energia elétrica; movimentação de moinhos.	Grande potencial para geração de energia elétrica; não interfere no efeito estufa; não ocupa áreas de produção de alimentos.	Exige investimentos para a transmissão da energia; produz poluição sonora; interfere em transmissões de rádio e TV.
Solar	Lâminas recobertas com material semicondutor, como o silício, são expostas ao Sol. A luz excita os elétrons do silício, que formam uma corrente elétrica.	Produção de energia elétrica; aquecimento.	Não é poluente; não interfere no efeito estufa; não precisa de turbinas nem geradores para a produção da energia elétrica.	Exige alto investimento para o seu aproveitamento.
Biomassa	A matéria orgânica é decomposta em caldeira ou biodigestor. O processo gera gás e vapor, que acionam uma turbina e movem um gerador elétrico.	Aquecimento; produção d energia elétrica e de biogás (metano).	Não interfere no efeito estufa (o gás carbônico liberado durante a queima é absorvido depois no ciclo de produção).	Exige alto investimento em seu aproveitamento

ELETRICIDADE E ÁGUA (HIDROELÉTRICA)

Segundo relatório da ONU, 348 Exajoules de energia foram produzidos no mundo em 1994.

Os combustíveis fósseis respondem por quase 90% da energia gerada no mundo, mas a exploração das fontes renováveis tem crescido nos últimos anos. Além de contar com recursos sempre disponíveis no meio ambientem, a produção de energia a partir das fontes renováveis provoca danos ambientais bem menores.

As reservas naturais não renováveis devem durar, em média, mais 113 anos.

A Lâmpada incandescente

 A lâmpada incandescente é constituída por um filamento de tungstênio, o qual é utilizado para produzir luz.

 Dentro do bulbo de vidro existe uma mistura de gases (a baixa pressão), cuja função é evitar a oxidação do filamento.

 Quando ligamos uma lâmpada incandescente, a corrente elétrica que passa pelo seu filamento de tungstênio produz o aquecimento do mesmo.

  Assim como a chama de uma vela, o filamento aquecido emite energia luminosa e térmica, e pode apresentar cores diferentes, dependendo da sua temperatura.

Quando observamos uma lâmpada incandescente, percebemos que a luz produzida é branco-amarelada, e dificilmente conseguimos ver outras cores.

As lâmpadas incandesceste deixaram de ser vendidas no Brasil desde 2016.

DIMENSIONAMENTO DE CONDUTORES ELÉTRICOS

Assim como o diâmetro de um cano é função da quantidade de água que passa em seu interior, a bitola de um condutor depende da quantidade de elétrons que por ele circula (corrente elétrica).

Além disso, toda vez que circula corrente, o condutor se aquece, devido ao "atrito" dos elétrons em seu interior.

           No entanto, há um limite máximo de aquecimento suportado pelo fio ou cabo, acima do qual ele começa a se deteriorar. Nessa condições, os materiais isolantes se derretem, expondo o condutor de cobre, podendo provocar choques e causar incêndios.

Para evitar que os condutores se aqueçam acima do permitido, devem ser instalados disjuntores ou fusíveis nos quadros de luz. Esses dispositivos funcionam como uma espécie de "guarda-costas" dos cabos, desligando automaticamente a instalação sempre que a temperatura nos condutores começar a atingir valores perigosos.

Dessa forma, o valor do disjuntor ou fusível (que é expresso sempre em Amperes.) deve ser compatível com a bitola do fio, sendo que ambos dependem da corrente elétrica que circula na instalação.

Como a corrente é o resultado da potência dividida pela tensão, a tabela abaixo indica a bitola do condutor e o valor do disjuntor em função desses parâmetros.

Tipo de circuito	Tensão (volts)	Potência máx. (watts)	Bitola fio (mm²)	Disjuntor máx. (A)
Iluminação	110	1.500	1,5	15
Tomadas	110	2.000	2,5	20
Tomadas	220	4.000	2,5	20
Chuveiros e torneiras elétricas	220	6.000	6	35
Ar condicionado	220	3.600	4	25

 Outras dicas:

     • Nunca aumentar o valor do disjuntor ou do fusível sem trocar a fiação, uma vez que deve haver uma correspondência entre eles;

     • A menor bitola permitida por norma para circuitos de lâmpadas é de 1,5mm² e, para tomadas, de 2,5mm²;

     • Devem ser previstos circuitos separados para iluminação e tomadas.

CIRCUITO  ELÉTRICO  ELEMENTAR .

É constituído basicamente de uma fonte geradora, uma fonte receptora e condutores.

A fonte geradora representada no circuito por uma pilha fornece a energia elétrica que e transportadas pelos condutores ate a fonte receptora representada por uma lâmpada de filamento onde essa energia e transformada em energia térmica e luminosa.

No desenho abaixo (fig. 2), vemos um circuito elétrico elementar com um dispositivo de comando.

Observação:

Com o interruptor, abrindo ou fechando o circuito, comandamos a lâmpada.

Quadro  de Simbologia

ESQUEMA  MULTIFILAR

ESQUEMA  UNIFILAR

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