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O Trabalho de Física

Por:   •  4/12/2019  •  Trabalho acadêmico  •  888 Palavras (4 Páginas)  •  118 Visualizações

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  1. Corrente alternada

Os aparelhos elétricos usados nas fábricas, escritórios e residências contêm um número muito grande de circuitos RLC, que são alimentados pela rede de distribuição de energia elétrica. Na grande maioria dos casos, a energia é fornecida na forma de correntes e tensões senoidais, sistema que é conhecido como corrente alternada ou CA.

No sistema de corrente alternada usado no Brasil, a tensão e a corrente mudam de sentido 120 vezes por segundo e, portanto, têm uma frequência f = 60 Hz. A corrente alternada é mais fácil de gerar e utilizar que a corrente contínua no caso de máquinas rotativas como geradores e motores.

Quando a corrente muda de sentido, o mesmo acontece com o campo magnético nas vizinhanças do condutor. Isso torna possível usar a lei de indução de Faraday, o que, entre outras coisas, significa que podemos aumentar ou diminuir à vontade a diferença de potencial usando um dispositivo, conhecido como transformador.

  1. Carga Resistiva[pic 3]

A figura ao lado mostra um circuito formado por um resistor R e um gerador de corrente alternada cuja força eletromotriz é dada por .[pic 4]

De acordo com a regra das malhas, temos

[pic 5]

[pic 6]

Como a amplitude  da diferença de potencial (ou tensão) entre os terminais da resistência é igual à amplitude  da força eletromotriz, podemos escrever:[pic 7][pic 8]

[pic 9]

Usando a definição de resistência (), podemos escrever a corrente na resistência como[pic 10]

[pic 11]

A corrente também pode ser escrita na forma

[pic 12]

Em que  é a amplitude da corrente  na resistência. No caso de uma carga resistiva pura, a constante de fase  é nula.[pic 13][pic 14][pic 15]

[pic 16]

Essa relação se aplica a qualquer resistência em qualquer circuito. As grandezas variáveis com o tempo  e  são funções de  com . Isso significa que as duas grandezas estão em fase, ou seja, passam ao mesmo tempo pelos máximos e pelos mínimos.[pic 17][pic 18][pic 19][pic 20]

[pic 21]

Os valores máximos de  e  não diminuem com o tempo porque o gerador fornece energia ao circuito para compensar a energia dissipada em R.[pic 22][pic 23]

As grandezas variáveis com o tempo  e  podem ser representadas geometricamente por fasores.[pic 24][pic 25]

[pic 26]

  1. Carga Capacitiva[pic 27]

A figura ao lado mostra um circuito formado por um capacitor C e um gerador de corrente alternada. Aplicando a regra das malhas e procedendo como fizemos anteriormente, descobrimos que a diferença de potencial entre os terminais do capacitor é dada por

[pic 28]

Em que  é a amplitude da tensão alternada no capacitor. Usando a definição de capacitância, também podemos escrever[pic 29]

[pic 30]

Nosso interesse, porém, está na corrente e não na carga. Assim, derivamos a equação para obter

[pic 31]

Para padronizar a notação, vamos definir uma grandeza , conhecida como reatância capacitiva de um capacitor, por meio da relação[pic 32]

[pic 33]

Depois, substituímos  por um seno com um deslocamento de fase de :[pic 34][pic 35]

[pic 36]

Então

[pic 37]

[pic 38]

Em que  é a amplitude de . Para uma carga capacitiva pura, a constante de fase  da corrente é . Vemos também que a amplitude da tensão e a amplitude da corrente estão relacionadas pela equação[pic 39][pic 40][pic 41][pic 42]

[pic 43]

Essa relação se aplica a qualquer capacitância em qualquer circuito de corrente alternada.

As grandezas  e  estão defasadas de  (o que equivale a  rad ou um quarto de ciclo) e  está adiantada em relação a , ou seja, quando medimos  e  no circuito em função do tempo,  atinge o valor máximo um quarto de ciclo antes de .[pic 44][pic 45][pic 46][pic 47][pic 48][pic 49][pic 50][pic 51][pic 52][pic 53]

[pic 54]

Enquanto os fasores que representam as duas grandezas giram com a mesma velocidade angular no sentido anti-horário, o fasor  se mantém à frente do fasor , e o ângulo entre os dois fasores tem um valor constante de .[pic 55][pic 56][pic 57]

...

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