Elétrica Aplicada

Etapa 1

Passo 2

Na experiência realizada no video (Mago da Física – Freio Eletromagnético), utilizando um tubo de acrílico, um tubo de cobre, um cilindro magnético e um não magnético de mesma massa, nos apresentou as seguintes conclusões:

Soltando o cilindro magnético e o não magnético no tubo de acrílico, as velocidades de queda não se alteraram, ou seja, não houve nenhuma força de atrito que impediu ou dificultou a queda do objeto.

Ao realizar a experiência com o tubo de cobre, soltando o cilindro magnético no interior do tubo, houve um retardamento na queda onde o mesmo mantém uma velocidade constante.

Este retardamento é explicado pela lei de Lenz e Faraday, pois, quando o cilindro é solto no interior do tubo de cobre o mesmo cria um campo eletromagnético, formando uma força eletromotriz induzida que provoca uma corrente elétrica, criando um campo magnético que se opõe ao campo criado pela queda do cilindro, este executando uma força eletromagnética para cima. Visto isto teremos a força peso do objeto para baixo e oposto a este uma força magnética para cima fazendo com que tenhamos uma resultante igual a zero, assim a velocidade de queda do objeto é constante.

Abaixo estão as definições da Lei de Faraday e Lenz.

Lei de Faraday

Michael Faraday (1791-1867) nasceu em Londres, na Inglaterra em 22/09/1791. Terceiro filho de um ferreiro de Newington, subúrbio de Londres, foi obrigado a abandonar os estudos para se dedicar ao trabalho aos treze anos. Trabalhou para o livreiro G. Ribeau. Neste intervalo de tempo, aproveitou o contato com os livros para estudar.

Em algumas experiências, Faraday percebeu que ao introduzir um ímã em uma bobina esta acusava a presença de umacorrente elétrica na mesma. Este fenômeno foi caracterizado qualitativamente e quantitativamente e deu origem à Lei da Indução de Faraday que é expressa matematicamente como:

Ou seja, a intensidade da força eletromotriz induzida (ε) é igual a variação do fluxo magnético no interior da espira. Esta é uma das quatro equações de Maxwell para o Eletromagnetismo.

Mas a unidade de indutância no SI é o henry (abreviação H) em homenagem ao americano Joseph Henry embora tenha publicado seus resultados para a indutância um pouco mais tarde que Faraday.

Faraday introduziu o conceito de campo de força ou simplesmente campo. Mesmo sem ter recebido instrução escolar completa, Faraday recebeu o Diploma Honorário da Universidade de Oxford em 1832. Ainda recebeu logo em seguida a medalha de Copley da Royal Instituição.

Em 1837 o físico percebeu que quando um capacitor recebe menos carga quando há vácuo entre as armaduras do que quando há um dielétrico entre elas. Então a unidade de capacitância foi chamada de farad (abreviação F) em homenagem a ele. 21 anos depois, começou a sofrer com uma doença que causava perda temporária de memória e acabou se afastando da vida pública.

A partir de 1862, passou a maior parte de seu tempo em casa, onde veio a falecer em 25/08/1867.

Einstein e Maxwell se apoiaram em seu trabalho para desenvolver o estudo do Eletromagnetismo e da Física Moderna.

A experiência de Faraday

Para a bobina faz-se um enrolamento de fios de cobre esmaltados ou fios de fiação elétrica residencial.

O ímã pode ser retirado de um auto-falante sucateado, de potencia média ou alta, como os de toca CD’s.

Usa-se um multímetro que será ajustado na função microampère, dependendo da quantidade de espiras da bobina e do potencial do ímã.

Conecta-se os terminais do multímetro nas duas extremidades do enrolamento de fios de cobre.

Aproxima-se o ímã da bobina, conforme mostra a figura 01:

Observa-se o comportamento do ponteiro do multímetro.

A experiência de Faraday é de extrema importância para o estudo do Eletromagnetismo, pois baseado na análise da interação entre campo elétrico e magnético podem ser explicado muitos outros fenômenos relacionados a esta importante parte da Física.

Lei de Lenz

Quando um ímã é movimentado nas proximidades de uma espira condutora fechada, conforme mostra a figura 01, surge uma força eletromotriz induzida nesta espira, e uma corrente elétrica pode ser detectada neste circuito.

Figura 01: representação do aparato experimental montado: fio de cobre esmaltado ou encapado conectado em um multímetro, ajustado na função amperímetro e um ímã que produzira mudança no fluxo magnético no interior da espira

A lei de Faraday expressa apenas a intensidade da força eletromotriz induzida. Sendo assim, em 1834, o físico russo Heinrich E. Lenz (1804-1865) define que a força eletromotriz é igual ao negativo da variação do fluxo magnético no interior da espira, assumindo a forma:

Assim, a Lei de Lenz evidencia o aparecimento de uma reação contrária a ação provocada pelo ímã. Ou seja, se o norte do ímã se aproxima da espira, o sentido da força eletromotriz é anti-horário. Isto porque, conforme convencionado, o norte é o sentido positivo da indução magnética. Por sua vez, o sentido do movimento das cargas positivas coincide com o sentido da força eletromotriz induzida, conforme mostra a figura 02.

Figura 02: representação de uma espira circular percorrida por uma corrente elétrica devido a variação do fluxo magnético: positivo entrando no planoda espira

Tais afirmações nos conduzem a conclusão de que não é possível produzir energia elétrica sem que seja realizado um trabalho. Isto é bastante evidente, pois pra mudar o movimento de uma carga elétrica situada em um condutor, cada uma delas tem de receber um impulso, proveniente de uma força aplicada.

Desta forma, mais uma vez fica evidente que grandezas como quantidade de movimento e energia se conservam em todos os processos ocorridos em sistemas isolados na natureza.

Apoiado nestas informações muitos cientistas buscaram soluções visando uma otimização no aproveitamento das formas de energia, especialmente buscando minimizar as perdas. Desta forma, desenvolveram-se cada vez mais os métodos de produção de energia, e ainda criaram-se outros mais eficientes.

Etapa 1

Passo 3

Abaixo estão apresentados os valores comerciais para indutores. Para outros valores basta multiplicar por: 10^-3(mili), 10^-6(micro).

Indutores Comerciais

1.0H

1.1H

1.2H

1.3H

1.5H

1.6H

1.8H

2.0H

2.2H

2.4H

2.7H

3.0H

3.3H

3.6H

3.9H

4.3H

4.7H

5.1H

5.6H

6.2H

6.8H

7.5H

8.2H

9.1H

Bibliografia

HALLIDAY, David, RESNIK Robert, KRANE, Denneth S. Física 3, volume 2, 5 Ed. Rio de Janeiro: LTC, 2004. 384 p

http://www.infoescola.com/fisica/lei-de-inducao-de-michael-faraday/ http://www.infoescola.com/eletromagnetismo/lei-de-lenz/

Relatório 1: Indutores

Nesta etapa foram desenvolvidos procedimentos que nos mostram as importantes invenções para nossa sociedade.

A lei de Faraday-Neumann-Lenz, ou lei de indução eletromagnética quantifica a indução eletromagnética, que, é o efeito da indução de corrente elétrica em um circuito por um campo magnético variável.

Este processo é visto em alternadores e transformadores.

Lei de Lenz nos mostra que o sentido da corrente induzida é oposto do campo magnético que lhe deu origem. Quando há uma diminuição de fluxo magnético, a corrente irá gerar um campo de mesmo sentido do fluxo magnético da fonte, caso haja um aumento de fluxo, a corrente irá gerar um campo oposto ao fluxo.

O experimento acompanhado nesse passo pode ser explicado por estás leis, onde ao passar pelo tubo de cobre cilindro magnético gera um campo magnético, com polos Norte e Sul.

O cilindro magnético ao passar pelo tubo de cobre se torna o indutor e o tubo se porta como o induzido, sendo assim o fluxo induzido será oposto ao indutor. Com a força peso atuando no sentido para baixo, isso faz com que o cilindro magnético sofra queda em velocidade constante.

Com este experimento vemos que podem ocorrer atrito em certos materiais que podem gerar o campo eletromagnético.

Etapa 2

Passo 2

Reproduzir alguns capacitores experimentais usando lápis, papel e plástico, como exposto no passo 1. Use um multímetro para medir a capacitância conforme ensinado no artigo.

Descreva todo o procedimento usado na construção dos componentes e marque os valores medidos com o multímetro. Ao realizar a descrição lembre-se que este item será utilizado no Passo 4. Ao descrever um procedimento atente-se para os materiais empregados e suas dimensões, bem como cada tarefa realizada, passo a passo. Este procedimento metódico é essencial ao exercício da boa engenharia.

Materiais utilizados para realizar os experimentos de capacitores:

Capacimetro MC152

Lapiz 2B

Régua

Fio condutor 1mm.

Folha de sulfite

Capacitor BC 2,2 µF

Para realizar o experimento foram definidos alguns contornos de medidas.

1º teste será realizado com área de 50x50mm;

2º teste será realizado com área de 20x20mm;

3º teste será realizado com área de 50x20mm.

Passo a Passo:

Passo 1

Desenhar os quadrados de dimensões especificadas em duas folhas separadas. A frente e o verso deve ser totalmente preenchidas com linhas horizontais e verticais, para que certificar que a folha ficará totalmente ou cobertos de grafite.

A folha servirá como dielétrico.

Passo 2:

Utilizado a fita adesiva, colar os fios condutores no centro dos quadrados, frente e verso;

Experimento

Após a construção e realização dos passos descritos, vamos iniciar as medições utilizando o Capacimetro na escala de 20 nF.

Como resultados obtivemos os dados apresentados na tabela abaixo:

Item

Área mm2

Capacitância (nF)

50x20 mm

1000

0,62

50x50 mm

2500

0,51

20x20 mm

400

0,12

Observação:

A Capacitância varia de acordo com a área pintada, espessura do traço e pressão do grafite sobre a folha.

Etapa 2

Passo 3

Resistores e Capacitores são comercializados em valores padrões, abaixo descreveremos-os:

Resistores Comerciais

1.0ohm

1.1ohm

1.2ohm

1.3ohm

1.5ohm

1.6ohm

1.8ohm

2.0ohm

2.2ohm

2.4ohm

2.7ohm

3.0ohm

3.3ohm

3.6ohm

3.9ohm

4.3ohm

4.7ohm

5.1ohm

5.6ohm

6.2ohm

6.8ohm

7.5ohm

8.2ohm

9.1ohm

Para determinar os outros valores multiplique os valores da tabela por: 10, 100, 1000 ou 1000000.

Potência: A potência dos resistores são identificadas pelo tamanho do mesmo, as mais comuns são: 1/8 W , ¼W , ½ W , 1W , 3W, 5W.

Capacitores:

Os capacitores são divididos em alguns tipos.

Vejamos abaixo os principais tipos e sua utilização:

Capacitores de Cerâmica

Este tipo de capacitor apresenta uma constante dielétrica alta, permitindo valores

relativamente altos em pequenos volumes. Características boas para altas freqüências.

Os elementos podem ter forma de disco ou outras e podem ser apenas um conjunto ou

vários empilhados. Em geral disponível em valores de 1 pF a 2,2 µF e tensões até 6 kV.

Capacitores de poliester e poliester metalizado

um dielétrico robusto, podendo suportar temperaturas de - 55 a +85ºC. Aplicações típicas são acoplamento, desacoplamento, by-pass. Se usado

em fontes chaveadas, a corrente deve ser limitada para reduzir o auto-aquecimento.

Adequado também para aplicações de armazenagem e descarga de energia, devido à

robustez e elevada rigidez dielétrica do poliéster.

O capacitor de poliéster metalizado por sua vez, apresenta características semelhantes

às do anterior, mas as correntes de pico que pode suportar são mais baixas devido às

menores espessuras dos eletrodos. Desde que o conjunto é mais fino, dimensões são

menores para os mesmos valores

Capacitores Eletrolíticos

Usados principalmente em filtros e outros circuitos como

temporizadores. São baratos, encontrados em uma variedade de valores, mas a

resistência de isolação é relativamente baixa, a tolerância é ruim e outras

características tornam inviável o emprego em freqüências mais altas.

Cores de Capacitores:

Antigamente os capacitores poliesteres eram identificados através de código de cores inscritos em seu corpo. Atualmente em quase todos os capacitores;shiko, poliester, cerâmico, styroflex, tântalo e mais novos SMDs trazem em seu corpo códigos alfa numéricos padrões.

Por exemplo:

De acordo com a figura acima, vamos a um exemplo: Entendendo o código de cores, somando-se: 1ºverde, 2ºazul, 3ºvermelho, 4ºpreto e 5ºamarelo, nós teremos a seguinte leitura; as duas primeiras faixas nós lemos 56 a terceira cor é referente ao numero de zeros 2, então seu valor seria 5.600nf ou 5k6. A quarta faixa é relativo a tolerância do componente ou seja 20% para mais ou para menos e por último a quinta faixa que identifica a tensão máxima de trabalho 400 volts.

Valores de Capacitores Comerciais

1.0F

1.1F

1.2F

1.3F

1.5F

1.6F

1.8F

2.0F

2.2F

2.4F

2.7F

3.0F

3.3F

3.6F

3.9F

4.3F

4.7F

5.1F

5.6F

6.2F

6.8F

7.5F

8.2F

9.1F

Para obter os demais valores multiplique pelos seus submultiplos: mili, micro, nano e pico.

Bibliografia

http://www.cin.ufpe.br/~es238/arquivos/referencias/capacitores/Capacitores_01.pdf

http://arcompel-componentes.blogspot.com/2009/08/tabela-de-cores-para-capacitores.html

Resistores

Os resistores podem ser:

Fixos

Resistores de valores de Ohms fixo podem ser fabricado com filme carbono, filme metálico, fio, etc E ter potência de 1/8 de Watts até (?)

Variáveis

De ajuste manual - potenciômetros

De ajuste manual de configuração – Trimpots

De ajuste automático controlado por Luz - LDR (light depend resistor): È um resistor controlado por luz sua resistência no claro é de aprox 200 ohms e no escuro aprox 1Mohms.

De ajuste automático controlado por temperatura: PTC (coeficiente de temperatura positivo): Sua resistência é diretamente proporcional a temperatura. Sua resistência a 00C é de 500 ohms e a 500 é de 1500 ohms. NTC (coeficiente de temperatura negativo): Sua resistência é inversamente proporcional a temperatura.

De ajuste automático controlado por campo magnético: Magnetoresistores: São controlados pelo campo magnético, conforme este aumenta sua resistência aumenta.

Tabela de cores de resistores:

Cores

1º Faixa1º digito

2º Faixa2ºdigito

3º FaixaMultiplicador

4º FaixaTolerância

Prata

-

-

0,01

10%

Ouro

-

-

0,1

5%

Preto

0

0

1

-

Marrom

1

1

10

1%

Vermelho

2

2

100

2%

Laranja

3

3

1 000

3%

Amarelo

4

4

10 000

4%

Verde

5

5

100 000

-

Azul

6

6

1 000 000

-

Violeta

7

7

10 000 000

-

Cinza

8

8

-

-

Branco

9

9

-

-

Bibliografia

http://blog.novaeletronica.com.br/o-que-sao-resistores-seus-tipos-e-valores/

Etapa 2

Passo 3

Relatório 2: Capacitores

Nesta etapa podemos aprender o funcionamento dos capacitores e resistores realizando experiências utilizando as técnicas apresentadas no texto “RESISTORES E CAPACITORES UTILIZANDO LÁPIS, PAPEL E PLÁSTICO”.

Os capacitores possuem a capacidade de armazenar energia elétrica no campo elétrico que surge entre suas placa. A quantificação da capacidade de carga que pode ser armazenada no capacito é chamada de capacitância, esta determinada pela forma como as placas são dispostas entre si na construção do capacitor, da distância entre elas e do tipo de dielétrico utilizado. A capacitância tem como unidade de medida no Sistema Internacional de Unidades (SI) o FARAD (F), onde 1F é a capacitância de um capacitor que consegue armazenar 1C (coulomb) quando há uma diferença de potencial de 1V (volt) entre suas placas.

Os capacitores podem ser associados em séries, mista ou em paralelo, conforme a utilização.

No experimento podemos adquirir experiência e criar um pequeno capacitor, o que nos facilita a aprendizagem.

A grafita utilizada é considerado condutor e é utilizado em locais onde existem partes móveis e fixas de determinadas máquinas, como por exemplo motores elétricos. Tendo em mente que o grafite é obtido a partir da grafita, se desenharmos sobre uma superfície não condutora, como plástico ou papel, teremos uma placa de capacitor experimental.

Em nosso experimentos depositamos grafite em formas de quadrado e retângulo dos dois lados da folha de sulfite, onde o sulfitte será nosso dielétrico, e o grafite serão as placas experimentais dos capacitores. Então prendemos um fio condutor em cada placa experimental.Conectando as garras do capacimetro em cada ponta dos fios condutores teremos as capacitâncias de nosso capacitores experimentais.