Blog do Teixeira

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1ª Parte - Eletrotécnica

Teoria Eletrônica - Matéria - Átomo

A Constituição da Matéria
Tomemos como exemplo a água. Se separarmos uma gota da mesma e a formos dividindo em partículas cada vez menores, chegaremos a um ponto em que teremos uma partícula tão pequena que, se dermos mais uma divisão a ela, a mesma deixará de ser água. A esse ponto denominamos a partícula de Molécula. Assim pois, a molécula de água é a menor partícula de água que ainda conserva suas propriedades físicas e químicas.
Se agora prosseguirmos nessa divisão da molécula, a mesma irá se desfazer em três outras partículas menores, sendo duas iguais entre si e outra diferente dessas duas. Se acompanharmos o esquema da Fig. 1, teremos uma ideia melhor do que foi dito até agora.
A cada partícula dessa, originada da molécula da água, chamaremos de Átomo. Os dois átomos iguais são de Hidrogênio e o outro diferente é um átomo de Oxigênio. Assim, pois, se dois átomos de Hidrogênio e um de Oxigênio se unirem, teremos um molécula de água.
A água, portanto, é uma substância composta por átomos de diferentes tipos.
Se agora pegarmos um pedaço de ferro e formos dividindo também em partículas cada vez menores, chegaremos a um ponto onde encontraremos a menor partícula do ferro que ainda conserva suas propriedades físicas e químicas. Essa partícula é o átomo de Ferro conforme indicado na figura dois.
O Ferro, portanto, é uma substância simples, pois só possui átomos iguais.

As substâncias químicas que possuem átomos iguais dão origem aos elementos químicos, e temos na Natureza um número de mais ou menos 102 elementos químicos diferentes.
Quando esses elementos se combinam entre si, dão origem à formação dos compostos químicos, como o caso da água, que já estudamos (Fig. 3).

Constituição do Átomo
Todas essas conclusões vistas até agora pertencem a uma grande teoria chamada teoria atômica. Os microscópios estão evoluindo tão rapidamente que o termo microscópio eletrônico já não é mais suficiente para esclarecer de que tipo de sistema de imageamento se está falando. Com o avanço das pesquisas em nanotecnologia, está se delineando também um novo campo em microscopia, chamado de nano-imageamento, ou nano-microscopia. Nano-microscópios são equipamentos capazes de visualizar moléculas e átomos individuais. Hoje já é possível observar o movimento de átomos em tempo real, o que está permitindo que os cientistas desloquem esses átomos com uma precisão de 0,01 nanômetros.
Portanto, dentro da Teoria Atômica, o átomo também é dividido em partes distintas. Veja a figura quatro.
Na figura acima temos a representação de um átomo de Carbono. Aí vemos a divisão seguinte:
A movimentação dos eléctrons que se encontram na periferia, de um átomo para outro, é que constitui a Eletricidade.
A constituição atômica em muito se parece com o nosso sistema solar, onde o Sol estaria representado pelo Núcleo e os Planetas pelos Eléctrons.
Os prótons apresentam carga elétrica positiva.
Os elétrons apresentam carga elétrica negativa.
Os nêutrons são representados por 1 próton e 1 eléctron que estão em constante permutação, apresentando-se portanto, no seu todo, com carga neutra.
Convém notar que o átomo está sempre eletricamente neutro, isto porque o número de cargas positivas é sempre igual ao número de cargas negativas, ou seja, a quantidade de prótons do núcleo é sempre igual à quantidade de eléctrons da periferia.
No exemplo do átomo de Carbono, temos 6 eléctrons para 6 protons.
As partículas que se movem nos átomos são sempre os eléctrons, por estarem na periferia. Portanto, um átomo pode ganhar ou perder eléctrons. Nesse caso, perde a sua neutralidade elétrica tornando-se um íon. Será um íon positivo ou Cátion se perder eléctrons. Será um íon negativo ou Ânion se ganhar eléctrons.
Com essa introdução estaremos agora em condições de analisar o fenômeno descoberto por Tales de Mileto, na Grécia antiga, onde atritaram uma resina (o âmbar) contra o pelo de animais, e observaram uma reação que consistia na atração ou repulsão de objetos leves tais como cortiças, papel, etc. Esta descoberta pode ser reproduzida utilizando-se um bastão de ebonite e um tecido de lã. Veja a Eletrização -(Fig. 5-1 e 5-2).
Assim, cargas positivas (prótons) e cargas negativas (eléctrons) estão em igual quantidade no bastão e pano (Fig. 5-2). Quando atritados, os eléctrons do pano se transferem para o bastão, tornando-o negativo e produzindo assim o movimento dos eléctrons, ou seja, a Eletricidade.


PRINCÍPIO DA ATRAÇÃO E REPULSÃO

a) Cargas elétricas de mesmo sinal se repelem.
b) Cargas elétricas de sinais contrários se atraem.

Princípio de Atração e Repulsão entre Cargas Elétricas (Fig. 6)

TENSÃO - CORRENTE - RESISTÊNCIA ELÉTRICAS

Consideremos o circuito hidráulico da Fig. 7
Ao abrirmos a válvula H, a água contida na caixa inicia seu escoamento devido à pressão (Δ h) que o volume total exerce sobre o encanamento, e também devido à ação da gravidade.
A água, ao circular pelo encanamento (condutores), encontra menor dificuldade (menor resistência) no trecho AB, sendo logo em seguida bombeada novamente para a caixa. Ao completar esse caminho dizemos que a mesma completou um Circuito Hidráulico.
Se por analogia considerarmos agora o circuito elétrico da Fig. 8, teremos:
Quando o interruptor CH1 estiver fechado, haverá um fluxo de eléctrons movimentando pelo gerador, o que constituirá a corrente elétrica pelo circuito. Essa corrente na sua trajetória poderá encontrar maior ou menor resistência por parte dos componentes que travessa.
Essa resistência é denominada carga do circuito elétrico.
O que faz essa corrente elétrica fluir é justamente a "pressão elétrica" exercida pelo gerador.

           Unidade de Medida de Tensão, Corrente e Resistência

Toda grandeza é acompanhada de uma unidade de medida. Assim, por exemplo, se quisermos dimensionar uma sala, atribuiremos às grandezas 3 e 4 a unidade metro e a dimensão será fornecida assim:
D = 3 x 4m = 12 m2

Assim, temos o seguinte quadro de unidades para grandezas elétricas.
É muito comum trabalharmos também com os múltiplos e submíltiplos dassas unidades. Os mais frequentes são:

                                                                                                         Múltiplos
                                                                                                         Submúltiplos
O instrumento empregado na medição das grandezas elétricas (corrente, tensão e resistência) são denominados VOM (volt-ohm-milliammeter), ou Multitestes. Existem dois tipos básicos de VOM: os analógicos que utilizam um mostrador baseado no deslocamento de um ponteiro e os digitais que apresentam o valor medido em um mostrador digital.
Os instrumentos destinados a fornecer esses valores numéricos são:

   Ohmímetro (Ohmmeter) - mede resistências
   Voltímetro (Voltmeter) - mede tensões
   Amperímetro (Ammeter) - mede correntes
Ohmímetro
Um ohmímetro é um aparelho que mede a quantidade de atrito elétrico gerado quando os elétrons passam por um condutor elétrico. Também conhecida como resistência elétrica, o valor desse atrito é expresso em unidades de "ohm." Esta medida é regulada pela "Lei de Ohm", que afirma que a passagem de corrente através de um circuito elétrico é diretamente proporcional à quantidade de tensão exercida. Quando escrito em forma de equação algébrica, esse fenômeno natural fica assim: R = V / I, onde R é resistência elétrica do circuito, V é diferença de potencial elétrico e a letra I representa a intensidade do circuito elétrico. Esta ilustração da relação entre esses valores é atribuída ao seu formulador, o físico alemão e professor, Georg Simon Ohm, no século 19.
A mecânica de como funciona um ohmímetro é muito simples. Primeiro, um ohmímetro precisa ser capaz de gerar um fluxo interno de corrente e, portanto, ele vem equipado com sua própria bateria. O dispositivo também é composto por dois cabos, a partir dos quais a resistência entre eles é medida. O cabo vermelho é ligado ao terminal positivo correspondente à unidade elétrica que está sendo testada, enquanto que o preto fica ligado ao terminal negativo. Como a corrente flui da bateria através da unidade, o ohmímetro mede a queda de tensão ou de resistência.
Se houver uma abertura no circuito, o resultado produzido é chamado de "resistência infinita", e é indicada pela agulha do instrumento que se estende ao extremo esquerdo da escala logarítmica. Isso pode parecer estranho, já que a maioria dos outros aparelhos de medição elétrica oscila para a extrema-direita para indicar um nível máximo. Por outro lado, se não houver resistência, um ohmímetro proporcionará uma leitura zerada. No entanto, se a resistência já era um fator esperado depois dessa leitura, isso indica que há um curto no aparelho que está sendo testado.
Enquanto os primeiros tipos de ohmímetros analógicos utilizavam apenas dois cabos, a próxima geração conta com quatro cabos. Um par é destinado ao fluxo de corrente, enquanto o outro par mede a resistência. Essa avanço na tecnologia de produção dos modelos de ohmímetros compensam qualquer variação na regulação de tensão entre as duas primeiras ligações que possam comprometer a precisão, especialmente quando se tenta medir uma resistência muito baixa. Finalmente, o ohmímetros digitais mais modernos utilizam um leitor digital que oferece a mais alta precisão, sem contar que isso representa uma melhoria significativa sobre o seu antecessor analógico.
Independentemente de ser analógico ou digital, um ohmímetro nunca deve ser conectado a um aparelho elétrico que tenha sua própria fonte de tensão. Por um lado, o instrumento é concebido para medir a resistência com base no fluxo da corrente produzida pela sua própria bateria. Qualquer interferência de outra fonte de corrente irá prejudicar a sua função e produzir falsas leituras. Além disso, caso a fonte secundária de tensão seja alta o suficiente, isso pode danificar irreversivelmente o ohmímetro.

Voltímetro
Um voltímetro elétrico é um dispositivo elétrico utilizado para medir a tensão ou corrente que se deslocam entre dois pontos ou contatos dentro de um circuito elétrico. Os tipos de voltímetros são produzidos em uma série de formatos diferentes, cada um dos quais é utilizado para diferentes aplicações. Os modelos de voltímetros eletrônicos podem ser analógicos ou digitais. Esses produtos são projetados para submeterem-se ao contato direto com a energia elétrica através de um circuito, medindo a capacidade, resistência, tolerância e potencial de tensão elétrica desse circuito.
Alguns voltímetros são criados como equipamentos permanentes nos circuitos e localizados em painéis de circuito, onde esses dispositivos são usados para determinar a corrente constante que se propaga entre dois pontos no circuito. Os modelos de voltímetros portáteis, por outro lado, estão dentro da categoria de pequenos aparelhos geralmente portáteis que utilizam dois pontos de contato externo.
Um voltímetro eletrônico pode testar o potencial elétrico de corrente contínua e alternada, sendo capaz também de calcular ambas as correntes para medições de tensão de um circuito. Devido ao fato de que um voltímetro eletrônico é capaz de medir aspectos diferentes de um circuito, e é capaz de realizar esta tarefa, não importa qual tipo de fonte de alimentação é fornecida ao circuito, os voltímetros são também considerados como multímetros. O voltímetro é apenas capaz de tomar uma medida quando o circuito é completado, o que significa que a força deve fluir através do circuito para o contador a fim de fazer a leitura do potencial de tensão do circuito.
Outros usos e aplicações associadas a um voltímetro eletrônico incluem o teste do circuito. Os testes de seleção para a presença de voltagem ou de fonte de alimentação antes de um engenheiro elétrico ou eletricista começar a trabalhar com o circuito. Um voltímetro eletrônico também pode ser usado para fornecer exemplos visuais de pontos onde as tensões e a energia armazenada podem ser perigosos.
Os modelos de voltímetro digital e analógico não são os únicos tipos de voltímetros eletrônicos, no entanto. Há voltímetros eletrostáticos, que conseguem medir o potencial elétrico de um circuito, sem qualquer contato físico com o circuito em si. Um osciloscópio, por exemplo, é um voltímetro que é considerado muito mais avançado do que um voltímetro regular porque tem a capacidade de controlar o número de mudanças de curso do circuito de corrente alternada. Um voltímetro típico não tem a capacidade de tomar medidas rapidamente.
Os voltímetros mais frequentemente comprados e usados na indústria elétrica ou no setor de eletrônicos são conhecidos como voltímetros solenóides. Estes voltímetros são duráveis e capazes de suportar uma quantidade significativa de carga de energia. A durabilidade decorre da simplicidade do seu design.

Amperímetro
O amperímetro é um instrumento utilizado para fazer a medida da intensidade no fluxo da corrente elétrica que passa através da sessão transversal de um condutor. A unidade usada é o Ampère.
Como a corrente elétrica passa através dos condutores e dispositivos ligados a eles, para aferir a corrente que passa por alguma região de algum circuito, deve-se colocar o amperímetro em série com esta, sendo necessário abrir o circuito no local da medida. Por isso, para as medições serem precisas, é esperado que o amperímetro tenha uma resistência muito pequena comparada às do circuito.
Amperímetros podem medir correntes contínuas ou alternadas. Dependendo da qualidade do aparelho, pode possuir várias escalas que permitem seu ajuste para medidas com a máxima precisão possível.
Na medição de corrente contínua, deve-se ligar o instrumento com o pólo positivo no ponto de entrada da corrente convencional, para que a deflexão do ponteiro seja para a direita.
O amperímetro analógico nada mais é do que um galvanômetro adaptado para medir correntes de fundo de escala maiores que a sua corrente de fundo de escala, do galvanômetro, IGM. Por isso, é necessário desviar a sobrecorrente, formando um divisor de corrente com o galvanômetro em paralelo com uma resistência denominada shunt (desvio) RS

           1ª LEI DE OHM

Expressa a relação fundamental entre a corrente, a tensão e a resistência.
“A corrente que flui por um circuito é diferente proporcional à tensão e inversamente proporcional à resistência”.
Observe a figura 12.

Até breve


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