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Cerca de 100 tipos de átomos, combinados de várias maneiras, são suficientes para formar todo e qualquer material conhecido, desde uma pulga até uma estrela. Os átomos, por sua vez, são constituídos por três tipos de partículas (figura 1-1):
1-1 configuração do átomo -PRÓTONS situados no núcleo do átomo (representados por '+' Elétron atrai próton e repele outro elétron; próton atrai elétron e repele outro próton; nêutron não atrai nem repele outra partícula. Esse fenômeno de atração e repulsão entre partículas é chamado ELETRICIDADE, mas a Ciência não conseguiu esclarecer exatamente do que se trata. Convencionamos que elétrons têm carga elétrica negativa (-) e prótons carga elétrica positiva (+). Assim, podemos dizer que cargas de mesmo sinal se repelem (- com -, ou + com +) e cargas de sinais opostos se atraem (+ com -). Um elemento no seu estado "natural" e eletricamente neutro, isto é, tem a mesma quantidade de cargas negativas e positivas (por exemplo, 21 prótons e 21 elétrons: +21-21=0). Os prótons são pesados (1840 o peso do elétron) e fixos no núcleo. Entretanto, elétrons têm muita mobilidade, sendo retirados ou acrescentados a um elemento. Quando acrescentamos elétrons resulta material carregado negativamente (se no exemplo anterior colocarmos mais 3 elétrons teremos: +21-24= -3). Por outro lado se retirarmos elétrons o material estará carregado positivamente (ainda no exemplo anterior, retirando 3 elétrons: +21-18= +3). A quantidade de carga sobrando ou faltando é medida em unidades de Coulomb- C. A ELETRICIDADE (e a ELETRÔNICA) estuda os fenômenos causados pelo movimento de elétrons. Em todo processo as cargas positivas são consideradas fixas e invariáveis, qualquer alteração ou movimento se referindo aos elétrons. Lembre-se, porém, que a falta de elétrons equivale a existência de carga positiva. Elétrons em movimento formam uma corrente elétrica que é medida em unidades de Ampère- A e representada pela letra ' i ' . Esse movimento é realizado através dos fios, trilhas de circuito impresso ou dos componentes do circuito.
1-2 sentido da corrente elétrica (a) positivo (b) negativo O valor da corrente elétrica corresponde ao número de elétrons por segundo atravessando o circuito. Os elétrons podem estar "indo" ou "voltando", o que é representado atribuindo-se sinal '+' ou '-' àcorrente elétrica, respectivamente (figura 1-2). Fisicamente ("realmente") a corrente elétrica é um movimento de elétrons, cargas negativas, como explicado. Entretanto, a corrente elétrica foi descoberta antes de se ter uma teoria coerente sobre o átomo, o que levou ao erro de considerar a corrente elétrica como um movimento de cargas positivas. Temos assim duas representações: CORRENTE REAL movimento de elétrons (cargas negativas), é o fenômeno que ocorre realmente no circuito -CORRENTE CONVENCIONAL movimento de cargas positivas, não ocorre realmente no circuito, sendo apenas uma convenção.
1-3 corrente elétrica A corrente convencional tem sentido oposto àquele da corrente real (figura 1-3), o que torna as duas representações perfeitamente válidas. Considerando que os símbolos de componentes eletrônicos (diodo, transistor, tiristor) são baseados na corrente convencional usaremos neste livro a representação de corrente convencional. Assim, o leitor deve ficar de sobreaviso que em toda descrição de corrente elétrica nesta obra corresponderá, REALMENTE, a uma corrente deelétrons no sentido oposto. Acumulando elétrons num ponto torná-lo-á carregado negativamente. Retirando elétrons ele estará carregado positivamente. A diferença de quantidade de eletricidade existente entre dois pontos é chamada tensão ou voltagem (ou ainda ddp- diferença de potencial) e medida em unidades de VOLT-V.
1-6 voltagem e corrente entre dois pontos Como elétrons repelem carga negativa e são atraídos por carga positiva teremos uma corrente de elétrons do ponto de menor voltagem para o de maior voltagem. Exemplo (figura 1-6a): o ponto A é mantido a 30 Volts e o ponto B em 100 Volts; ligando-os com um fio fluirá corrente de elétrons de A para B (corrente real), o que é equivalente a uma corrente convencional de B para A (figura 1-6b). Se baixarmos para 10Volts o ponto B o sentido da corrente será revertido (figura 1-6c). Geralmente representamos com o sinal '-' a menor voltagem e com '+' a maior, embora elas não sejam necessariamente negativa e positiva.
1-7 pilhas e baterias (a) símbolo (b) pilha comercial Um dispositivo que mantenha uma tensão entre dois pontos é chamado fonte de alimentação (ou fonte de tensão). Exemplos típicos sãobaterias e pilhas (figura 1- 7). A pilha comercial (bateria) é uma fonte de tensão de 1,5Volt, isto é, ela mantém no bico uma tensão 1,5 Volt maior que no seu fundo. Observe que neste caso o bico da pilha é o polo positivo (+) e o fundo o polo negativo (-). Quando em ação num circuito a corrente (convencional) sai do bico, atravessa fios e componentes e chega ao fundo dela, sendo reposta no bico para nova circulação (note que na realidade temos uma corrente de elétrons saindo do fundo, percorrendo o circuito e dirigindo-se para o bico). Só há corrente elétrica quando existe um caminho ininterrupto entre os dois polos da fonte de alimentação. Cortando-o o aparelho é desligado, pois a corrente não consegue circular de polo a polo.
1-8 chave (a) aberta (b) fechada Chave é o dispositivo eletrônico que abre e fecha o caminho da corrente, conforme exemplificado na figura 1- 8. Consiste de uma parte metálica que completa o circuito na posiçãoLIGADA ("ON") ou deixa-o interrompido na posição DESLIGADA ("OFF").
1-9
chave SPDT (a) esquema (b) alavanca em B (c) alvanca
em C Outra função da chave é determinar para a corrente um entre dois (ou vários) caminhos possíveis. Na figura 1-9 temos una ilustração típica: a corrente chegando ao ponto A pode ser dirigida para o polo B quando sua alavanca está para cima (figura 1-9b) ou para o polo B quando a alavanca esta para baixo (figura 1-9c) . Fisicamente a chave tem na parte de cima a alavanca e em baixo, voltada para o circuito, os três pinos referentes aos terminais B,C, e A, sendo este último o central (figura 1-9d)
1-10 chave dupla (a) esquema (b) componente visto por baixo Na chave dupla (figura 1-10) a alavanca move simultaneamente duas chaves. Na representação esquemática é acrescentada uma linha pontilhada entre os dois centrais para indicar que a posição de uma depende da outra, mas deve ser observado que não há nenhuma ligação elétrica entre as duas chaves. Fisicamente os pinos são colocados aos pares (figura 1-10b). Na fonte de tensão anterior um dos pólos sempre tem maior voltagem que o outro. Assim, um deles é positivo (+) e o outro negativo (-), obrigando a corrente a fluir num único sentido (do positivo para o negativo). Chamamos este tipo de corrente de dc (do Inglês, "direct current", corrente direta) ou cc (corrente contínua). A fonte que a mantém é denominada tensão dc ou tensão contínua. Mais explicitamente, tensão dc ou contínua é aquela que mantém um dos pólos sempre positivo em relação ao outro, provocando uma corrente (também dc, ou contínua) num único sentido. É possível e bastante útil construir fontes de tensão onde os pólos não têm sinal fixo, variando com o tempo: um polo ora é positivo, ora negativo, alternando seu sinal, a corrente resultante mudando de sentido a cada alternância. Dizemos então que é uma corrente alternada ac (do Inglês, "alternate current") e a fonte uma tensão alternada.
1-11 fonte de tensão (a) fase positiva (b) fase negativa O símbolo da fonte de tensão ac é visto na figura 1-11a. No instante inicial A é positivo e B negativo, originando uma corrente que sai de A, circula por todo o circuito e chega a B (figura 1-11b). Após certo tempo A torna-se negativo e B positivo. A corrente fluirá então de B para A (figura 1-11c). Encerrando a alternância A volta a positivo e B a negativo, refazendo o sentido original da corrente. Como exemplo temos a tensão da rede (110 Volts ac ou 220 Volts ac) que é fornecida pela companhia de eletricidade local. Verifique que há dois pólos onde se encaixam os pinos da tomada, que se alternam de positivo para negativo 60 vezes por segundo, obrigando a corrente a mudar de sentido também 60 vezes por segundo.
1-12 gráfico de tensão (a) valor constante (b) pulsante Um gráfico de tensão dc é apresentado na figura 1- 12a. Verifique que a tensão é sempre mantida acima do eixo (ou sempre abaixo do eixo negativo). Um caso particular é a tensão pulsante, cujo gráfico é visto na figura 1-12b. Ali a tensão varia, mas sempre mantendo o mesmo sentido da corrente (não há alternância de positivo para negativo).
1-13 gráfico de tensão ac Na figura 1-13 temos o gráfico de uma tensão ac. Até o tempo t1 ela tem sinal positivo. De t1 até t2 a tensão assume valores negativos, significando isso que os pólos inverteram de sinal. Consequentemente, até t1 a corrente resultante segue num sentido ("indo") e de t1 até t2 muda para sentido oposto ("voltando").
1-14 amplitude e valor-pico-a-pico Observe que o valor da tensão (e da corrente) alternada não é fixo, variando com o tempo. Contando-o a partir de zero até o máximo temos a amplitude (Vo), do mínimo até o máximo denomina-se valor pico–a–pico (Vpp), figura 1-14. É difícil registrar o valor da tensão e corrente alternadas, pois elas estão constantemente variando com o tempo. Quando elas forem ondas senoidais (semelhantes a figura 1-13) usa-se o valor eficaz (Vef), que é uma espécie de valor médio. Para calculá-lo empregamos a fórmula: Vef= 0,7 x Vo (onde Vo é a amplitude). Assim a tensão alternada que temos em casa como 110 Volts na verdade é uma onda com valor eficaz Vef=110 Volts e cuja amplitude (valor máximo) é quase Vo=160 Volts o que é deduzido por 110V= 0,7 x 160V. Lembre-se que essa formula de valor eficaz só serve para senóides. Outras formas de onda são registradas pelo valor pico-a-pico. |
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