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Archive for março \22\UTC 2008

Efeito Joule

Denominamos resistência à característica de um meio físico que reagem à passagem de uma corrente elétrica. Corpos bons condutores têm baixa resistência elétrica, diferentemente dos isolantes que têm alta resistência elétrica.

Quando uma corrente elétrica percorre um resistor, ocorre a transformação da energia elétrica em energia térmica. Isto ocorre porque os elétrons livres chocam-se com os átomos do condutor. A esse processo denominamos efeito Joule.

As cargas elétricas que formam a corrente elétrica sofrem por parte do condutor uma forte oposição à sua movimentação. É justamente essa oposição que caracteriza a propriedade física denominada resistência elétrica.

Resistores

São componentes que têm como função oferecer resistência à passagem de corrente elétrica. O resistor converte a energia elétrica em energia térmica. A unidade de resistência elétrica é denominada Ohm.

Os resistores são classificados em dois tipos: resistores fixos e resistores variáveis.

Os resistores fixos possuem um valor de resistência que não pode ser alterado. Possuem três parãmetros: Valor nominal da resistência; tolerância; máxima potência dissipada (elétrica/térmica).

 Os resistores variáveis podem ter seu valor de resistência modificado por meio de um cursor móvel.

Resistores de fio

São resistores formados por um tubo cerâmico, que serve de suporte para um determinado comprimento de fio, que é enrolado nesse tubo, a fim de obter um determinado valor de resistência desejado. Este tipo de resistor é aplicado sempre que é exigido um alto valor de potência (acima de 5kW) e possui suas especificações impressas no próprio corpo.

Resistores de filme de carbono

São formados por um cilindro de porcelana coberto por uma película de carbono. O valor da resistência é obtido mediante a formação de um sulco que transforma a película emuma fita helicoidal. Esse valor de resistência varia conforme a espessura do filme ou conforme a largura da fita. Uma resina protetora forma o revestimento, sobre o qual é impresso um código de cores que identifica seu valor e sua tolerância. Estes são resistores de uso geral e a potência que podem dissipar é determinada de acordo com suas dimensões físicas.

Potência nos resistores

Quando a corrente elétrica circula através de resistores, ocorre um aquecimento. Este aquecimento é gerado em consequência da conversão de energia elétrica em outra modalidade de energia: a energia térmica. A energia térmica é transferida para fora do corpo do resistor sob a forma de calor.

A potência elétrica nos informa quanto de energia térmica, a cada segundo, foi convertida em outra modalidade de energia.

A energia térmica produzida em um resistor é transferida para o meio ambiente sob a firma de calor. Essa transferência depende, entre outros fatores, do tamanho da superfície do corpo do resistor. Quanto maior for a área dessa superfície, mais fácil será essa transferência. Um resistor de tamanho pequeno tem uma área pequena e por isso, não poderá dissipar calor com uma rapidez adequada, caso seja percorrido por corrente muito intensa. Nesse caso, vai ocorrer um superaquecimento e o resistor será literalmente destruído.

Por isso, é preciso prever qual a intensidade de corrente que atravessará um resistor, para que se possa adotar um resistor de potência adequada (tamanho adequado) para determinado uso. Quanto maior o tamanho físico de um resistor, maior será a potência que poderá dissipar.

Ohmímetro

O ohmímetro é o aparelho utilizado para medir a resistência elétrica. O ohmímetro faz parte do aparelho de medidas denominado multímetro.

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Gerador elétrico

Um gerador elétrico é um dispositivo no qual existem duas regiões: uma região com permanente falta de elétrons (pólo positivo) e outra região com permanente excesso de elétrons (pólo negativo).

Exemplo: pilhas e baterias de automóveis.

Ao ligarmos o condutor ao gerador elétrico, os elétrons livres, que se movimentavam caoticamente pelo condutor, passam a movimentar-se de forma ordenada.

Tensão elétrica

Sabemos que um gerador tem como função fornecer energia elétrica.

Tensão elétrica é a diferença de potencial (ddp) existente entre dois pontos de um gerador de tensão, condutor ou componente elétrico. A unidade para medir essa diferença de potencial, ou seja, a tensão, é o Volt (V).

Tipos de geradores

Existem dois tipos de geradores: geradores de tensão contínua e geradores de tensão alternada.

Gerador de tensão contínua

É aquele que possui nível de tensão contínuo ao longo do tempo.

Exemplo: pilhas e baterias.

A tensão contínua tem como característica o não mudar de polaridade com o tempo, ou seja, apresenta sempre um pólo positivo e outro sempre negativo.

Gerador de tensão alternada

É aquele em que o nível de tensão varia de acordo com o tempo.

Exemplos: Alternadores usados em automóveis.

Quando a tensão é contínua é utilizado o termo Vcc. Quando a tensão é alternada é utilizada o termo Vac. Quando dizemos que uma bateria tem 12 V já é subentendido 12 Vcc. Quando dizemos que uma tomada é de 220 V, subentendemos 220 Vac.

Corrente elétrica

Corrente elétrica é o deslocamente de cargas dentro de um condutor quando existe uma diferença de potencial (ddp) entre as extremidades desse condutor elétrico. Corrente elétrica é a quantidade de cargas transportadas através de um condutor elétrico por unidade de tempo.

Intensidade da corrente elétrica

A intensidade da corrente elétrica é medida em Ampere (A). A carga elétrica é medida em Coloumbs (C).

Potência elétrica

A potência elétrica máxima é o produto entre a corrente elétrica máxima e a tensão elétrica máxima que alimentam um determinado circuito elétrico.

A unidade para expressar a potência de um circuito depende da forma de alimentação do circuito. Se o circuito for alimentado por tensão contínua a unidade é o Watt (W). Porém, se o circuito for alimentado por tensão alternada a unidade usada para expressar a potência do circuito é o Volt-Ampere (VA).

Multímetro

É um aparelho usado principalmente para medir tensão, corrente elétrica e resistência elétrica, podendo efetuar também outras medidas (como frequencia, por exemplo), dependendo do modelo. O multímetro reúne em um só aparelho um voltímetro (medidor de tensão), amperímetro (medidor de corrente elétrica) e um ohmímetro (medidor de resistência).

O multímetro é essencial para quem trabalha com eletrônica.

Existem dois tipos de multímetro no mercado: os analógicos e os digitais.

Multímetro analógico

Um ponteiro se movimenta diante de uma escala, gravada no mostrador. Sua leitura é mais difícil para iniciantes, pois é necessário saber ler com precisão, em razão das escalas.

Multímetros digitais

Possuem um visor de cristal líquido, onde é mostrada a medida, tornando a leitura normalmente mais fácil. Normalmente, são mais resistentes à quedas do que os analógicos.

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Dispositivos de proteção

Dispositivos de Proteção

Todos os circuitos deverão ser protegidos, a fim de garantir a integridade física das pessoas das instalações e equipamentos. Para isso, existem diversos dispositivos e equipamentos que podem ser utilizados, tais como fusíveis, disjuntores, supressores de surto, filtros de linha, estabilizadores e no-break. 

Fusíveis

Estes dispositivos de proteção utilizam o seguinte princípio: quando uma corrente elétrica se desloca por um condutor. Há ocorrência do fenômeno de Joule, no qual o condutor se aquecerá progressivamente conforme o aumento da intensidade da corrente. O fusível é constituído de um invólucro isolante oco com dois contatos metálicos, um em cada extremidade do isolante, havendo no interior deste elemento um fio condutor ligando os dois contatos metálicos. 

Características

Ao adquirir qualquer fusível é indispensável observar os seguintes itens:

Tensão nominal – É o valor da tensão, à qual o fusível poderá ser submetido sem comprometer o dispositivo e o circuito.

Corrente nominal – É o valor da intensidade da corrente, à qual o fusível poderá ser submetido, sem que haja a interrupção do circuito (fusão do filamento condutor). 

Funcionamento

Toda a corrente elétrica a ser consumida pelo equipamento, passa primeiro através do fusível. Com isso, se a intensidade da mesma, sofrer um aumento, gerando então uma sobrecorrente, o filamento do fusível começa a se aquecer, devido ao efeito Joule, até que entre no estado de fusão (derrete), ocasionando a abertura do fusível, evitando que essa sobrecorrente entre no equipamento.a ponto de danificá-lo. Mas, se a sobrecorrente for muito alta, o filamento do fusível se funde, mas surge dentro do fusível um arco elétrico, isto é, a corrente “salta” de um dos pólos para o outro, através do ar, que nesse caso não foi suficiente para isolar os pólos, ocorrendo uma ruptura dielétrica. 

Disjuntores

Disjuntores são dispositivos que, externamente, se parecem com os interruptores, mas, internamente, possuem um mecanismo que interrompe o circuito, em função do aquecimento de um elemento térmico gerado pela intensidade da corrente elétrica que o está atravessando. O disjuntor tem a mesma finalidade e princípio de funcionamento do fusível, mas apresenta uma grande vantagem que é a de não ser descartável após atuar em uma sobrecorrente. Quando o circuito é interrompido, automaticamente a alavanca de comando se desloca para a posição de desligado, permitindo que após o reparo da falha elétrica o mesmo possa ser reativado, levando a alavanca de volta à posição de ligado.  

Características

Ao adquirir qualquer disjuntor, é indispensável observar os seguintes itens: 

Tensão nominal – É o valor da tensão ao qual o disjuntor poderá ser submetido sem comprometer o dispositivo e o circuito (deverá ter a mesma tensão disponível no circuito). 

Corrente nominal – É o valor da intensidade da corrente ao qual o disjuntor poderá ser submetido sem que haja a interrupção do circuito.  

Funcionamento

O disjuntor tem seu funcionamento igual ao fusível, porém com uma vantagem: a de não ser descartável, porque ele não trabalha com fusão de materiais. Os disjuntores mais utilizados em baixa tensão são os termomagnéticos, sendo sensíveis ao aquecimento gerado pelo efeito Joule e pelo aumento do campo magnético em decorrência da maior intensidade da corrente elétrica havendo uma sobrecorrente, ele “desarma”, desligando o circuito. Passado o problema, basta “armá-lo” novamente, colocando sua alavanca na posição de ligado, que o circuito volta a funcionar.  

Equipamentos de Proteção Contra Falhas Elétricas 

Filtro de Linha

Este dispositivo tem como finalidade filtrar a energia elétrica que será fornecida ao computador. O circuito do filtro de linha deve eliminar a presença de transientes e interferências EMI (Interferência Eletromagnética) e RFI (Interferência de Rádio Freqüência). Infelizmente, a maioria dos filtros de linha comercializados no Brasil não passam de uma simples extensão de tomadas, em que não há nenhum circuito funcional a fim de suprir a sua real finalidade.  

Estabilizador

O objetivo do estabilizador é manter estável a tensão que alimenta o computador. Para manter a tensão de saída do estabilizador em uma faixa especificada, o equipamento tenta compensar as variações da tensão de entrada. Assim, quando a tensão de entrada cai, o estabilizador eleva um pouco a tensão, compensando a queda, e vice-versa. Para possibilitar este mecanismo de compensação, a solução mais comum é usar um transformador com múltiplas saídas.   

No Break

De forma geral, os sistemas ininterruptos de energia têm como características: filtrar, estabilizar e condicionar a energia elétrica; isolar o circuito da rede dedistribuição (concessionárias), propensa a inerências e transientes; fornecer energia elétrica sem interrupção. O no-break mantém o fornecimento ininterrupto de energia para a carga, mesmo não havendo energia na entrada do no-break. Para que não ocorra a interrupção, o nobreak contém uma bateria carregada que deverá estarsempre pronta para fornecer energia à carga. Partindo do princípio da utilização da bateria, será necessário ao no-break um elemento que retifique a corrente alternada (fornecida na entrada) para uma corrente contínua com a mesma tensão da bateria (retificador); um elemento que faça a recarga da bateria sempre que necessário (carregador); e um elemento que faça ainversão da alimentação fornecida pela bateria, transformando-a em corrente alternada com a mesma tensão da rede (inversor). Há dois tipos básicos de no-break: os off-line e os online. As suas diferenças estão associadas ao  funcionamento, o que neste caso não compromete o dimensionamento.  

Funcionamento

No-Break Off-line

Nesse no-break, a alimentação de entrada é fornecida diretamente à saída do equipamento e ao retificador/ carregador. Quando há uma falha no  fornecimento de energia, um circuito comutador fará o chaveamento docircuito de saída, que deixará de receber a energia diretamente da entrada, passando a receber alimentação proveniente da bateria.  

No-Break On-Line

Nesse no-break, a alimentação de entrada alimenta diretamente o retificador/carregador; o mesmo carrega a bateria continuamente e esta fornece energia para o inversor, que irá disponibilizar a alimentação ao circuito

de saída. Quando há uma falha no fornecimento de energia, não há chaveamento, porque a carga está sendo alimentada continuamente pela bateria.

no break

Aterramento

Chamamos de aterramento a ligação e instalação de um corpo condutor com a terra. Nas instalações elétricas são considerados dois tipos de aterramento: 

Aterramento Funcional

Consiste na ligação à terra de um dos condutores do sistema, geralmente neutro, e está relacionado com o funcionamento correto, seguro e confiável da instalação, tendo como objetivo: estabilização da tensão do circuito em relação à terra durante o seu funcionamento; limitação de sobretensões decorrentes de manobras e descargas atmosféricas.  

Aterramento de Proteção

Consiste na ligação à terra das massas e dos elementos condutores estranhos à instalação, visando a proteção contra choques elétricos por contato com a massa, tendo como objetivo: limitar o potencial a um valor suficientemente seguro sob condições normais e anormais de funcionamento entre massas, entre elementos condutores estranhos à instalação e massas e entre ambos e a terra; proporcionar um caminho de retorno à terra para as correntes de falta que será um caminho de retorno de baixa impedância (resistência elétrica em circuitos de corrente alternada).   

Funcionamento

O aterramento consiste basicamente em introduzir ao solo corpos condutores de eletricidade, que podem ser cabos, hastes ou placas. A finalidade destes é permitir que as cargas elétricas “indesejáveis” ao circuito sejam escoadas para a terra, mantendo o circuito e seres vivos livres dos problemas que estas cargas possam causar (mal funcionamento de equipamentos, curtos circuitos e choques elétricos). Caso haja um falha elétrica que proporcione algum tipo de fuga, esta energia terá para onde ir. Deixando de ficar acumulada na carcaça do equipamento, a mesma fluirá para o solo, devido à diferença de potencial, onde a carcaça apresenta um potencial elétrico maior que a do sistema de aterramento, que deverá ser de 0 volts. O computador é uma máquina digital, porque processa apenas dois dígitos distintos, os bits 0 e 1, quando o computador tem em seu circuito uma seqüência de bits 1, esse circuito está energizado, quando ele passar a ter uma seqüência de bits 0, houve um dreno dessa energia, que em condições normais flui para o terra do computador. Caso não haja um aterramento eficiente, essas cargas ficarão acumuladas na carcaça do computador devido ao terra dos circuitos estarem conectados à carcaça. Toda a geração de bits 0 estaria comprometida, porque se a carcaça estiver energizada não haverá D.D.P. entre o circuito e a mesma. Com isso, o circuito não conseguiria mais escoar a energia do bit 1 para gerar o bit 0.

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Problemas com energia

Quedas curtas de tensão

Estas ocorrências são representadas por quedas breves na voltagem. Este é o problema mais comum no fornecimento de energia, sendo responsável por 87% de todos os distúrbios, segundo estudo realizado pela Bell Labs.

Causas

Tipicamente causadas pela demanda de energia inicial de muitos dispositivos elétricos (entre eles motores, compressores, elevadores, ferramentas de oficina, etc).

Efeitos

Causa o travamento do computador, podendo o teclado ficar congelado. Perda e corrupção de arquivos.  

Blackout

Interrupção do fornecimento de energia.

Causas

Demanda acima de níveis admissíveis, descargas atmosféricas, panes em subestações e linhas de transmissão.

Efeitos

Perda de dados contidos em memórias voláteis, falha na FAT do HD.  

Sobrecarga de tensão

Aumento da tensão em um determinado tempo. 

Causas

Restabelecimento do fornecimento de energia ou descarga atmosférica nas linhas de transmissão ou subestações. 

Efeitos

Pode ocorrer a queima de circuitos internos do computador, e em alguns casos, a perda total do computador.  

Pico de tensão ou transientes

Aumento da tensão em curtíssimos espaços de tempo, da ordem de um bilionésimo a um milionésimo de segundo. 

Causas

Quando equipamentos de elevado consumo são desligados, geram uma dissipação de energia, a qual seria consumida por esses equipamentos, se estivessem ligados. 

Efeitos

Pode ocorrer a queima de circuitos internos do computador, e em alguns casos, a perda total do computador. 

Ruído

Interferências EMI e RFI 

Causas

Presença de geradores, motores e transmissores de RF nos circuitos nos quais os computadores se encontram. 

Efeitos

Falhas intermitentes no sistema, interferência nas freqüências de varredura horizontal e vertical de monitores.

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Natureza das Ondas

Onda é uma perturbação que se propaga, transmitindo energia sem transportar matéria. As ondas podem ser originadas a partir de fenômenos mecânicos ou eletromagnéticos.

Ondas Mecânicas

São ondas constituídas por impulsos mecânicos, que se propagam através da vibração das partículas, as quais formam o meio em que os impulsos se propagam. As ondas mecânicas não se propagam no vácuo, que é o exemplo do som.

Ondas Eletromagnéticas

As ondas eletromagnéticas constituem a energia elétrica que é utilizada pelos equipamentos elétricos e eletrônicos em geral. Para esta onda ser criada, é necessário existir um campo magnético e um campo elétrico, dispostos um perpendicularmente ao outro.

Campo magnético

Quando um corpo está sob influência de uma força magnética, existe então um campo magnético. Ao aproximar um imã de um metal, haverá uma atração entre esses dois corpos, o que quer dizer que o metal está inserido no campo de força do imã, e que portanto está sendo atraído.

Campo elétrico

É constituído a partir da aceleração de cargas elétricas. Também pode influenciar outros corpos que estiverem dentro do seu campo de força, através da atração e repulsão do mesmo. Quando os campos elétrico e magnético se propagam em planos espaciais perpendiculares, constituem então uma onda eletromagnética. Todas as ondas eletromagnéticas se propagam no vácuo, à 300.000 Km/s, que é a velocidade da luz.

Freqüência

É a quantidade de ciclos de onda gerados em um espaço de tempo. Quanto mais rápida for a oscilação entre a fase positiva e a negativa, maior será a freqüência da onda. Unidade de freqüência é Hz (Hertz). Freqüência é muito utilizada na análise de performance do computador. Há dispositivos em que a sua velocidade é determinada através da sua freqüência de operação, como é o caso do processador, tornando possível distinguir os mais velozes e os lentos.

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Átomo

O Átomo

A idéia de átomo provavelmente é uma das mais primitivas da física.  Seu conceito foi originado pelos gregos, dando a esta partícula o nome átomo, que em grego significa “indivisível”.  O nome foi bem aceito até o início do século XX, quando Einstein conseguiu mostrar que era possível partir um átomo e obter uma grande quantidade de energia, que pode ser muito útil no fornecimento de energia elétrica a uma grande cidade, ou então, nefasta, quando utilizada em bombas atômicas.

O átomo é composto por um núcleo de prótons e nêutrons, e de elétrons (que se movimentam em torno do núcleo em órbitas fechadas e distribuídas em camadas). No núcleo está concentrada praticamente toda a sua massa. Já a massa dos elétrons são 1.840 vezes menor do que a do núcleo.Prótons têm carga elétrica positiva.(+)Nêutrons não têm carga elétrica.Elétrons têm carga elétrica negativa. (-) Quanto à atraçãoPrótons + Prótons = se repelemElétrons + Elétrons = se repelemNêutrons + Nêutrons = não se repelem nem se atraemPrótons + Elétrons = se atraem

O estado fundamental do átomo é quando ele está livre de influências externas. Neste caso, o número de prótons é igual ao número de elétrons: o átomo está eletronicamente neutro. A unidade utilizada para se medir a quantidade de carga elétrica de um corpo é o Coulomb (C).

As Camadas Eletrônicas

Quanto mais próximo estiver o elétron do núcleo, menos será a sua energia, pois ele será atraído pelo próton do núcleo. De forma geral, podemos dizer que a energia total do elétron aumenta conforme ele se afasta do núcleo. Os elétrons encontram-se em níveis de energia diferentes, conforme a sua distância com relação ao núcleo. À medida que o elétron adquire energia, ele se afasta do núcleo e passa de um nível de energia para outro nível de maior nível energético. Tais níveis são conhecidos como camadas eletrônicas.

Camada de Valência

A camada mais externa dos elétrons é chamada camada de valência. Esta camada é responsável por juntar os átomos, formando uma molécula. Quando estas moléculas se juntam formam um corpo. Na camada de valência pode haver no máximo oito elétrons. Alguns elétrons podem ser facilmente retirados dos seus átomos (elétrons livres). São eles os responsáveis pela corrente elétrica.

Bons e maus condutores

Um determinado material é considerado bom condutor quando os elétrons da sua camada de valência são fracamente atraídos pelo núcleo do átomo, podendo facilmente ser retirados. Um bom condutor apresenta uma grande quantidade de elétrons livres, formando uma espécie de “nuvem eletrônica”. Um bom condutor permite que partículas eletrizadas se movimentem com facilidade.

Exemplos: ouro, prata, cobre, alumínio. 

Os materiais maus condutores, que também são chamados de isolantes, possuem os elétrons da camada de valência fortemente atraídos pelo núcleo do átomo, o que torna extremamente difícil fazer com que esses elétrons saiam do átomo e tornem-se livres. Os materiais considerados isolantes oferecem grande resistência à passagem de corrente elétrica.

Exemplos: borracha, poliéster, teflon, baquelita, água pura e vidro.

Resistividade

A dificuldade de passagem de corrente elétrica por determinado material é chamada de resistividade ou resistência elétrica do material. A unidade que mede a resistência elétrica é a ohm.

Semicondutores

Semicondutores são materiais que estão entre o grupo de materiais bons condutores e o grupo de materiais maus condutores. Ou seja: os semicondutores possuem uma resistividade maior do que a dos condutores (que possuem mais prótons); porém menor que a dos isolantes (que possuem mais elétrons). Exemplos: silício, germânio, arsênio e gálio. São com estes materiais que são fabricados os transistores, diodos e outros componentes usados na eletrônica.

Processos de eletrização

Dizemos que um corpo está eletrizado quando existe um desequilíbrio entre o número de prótons e o de elétrons em sua estrutura. Existem três processos básicos de eletrização: por atrito, contato e indução. 

Eletrização por atrito

Ocorre quando existe contato entre dois corpos inicialmente neutros de materiais diferentes. Haverá entre eles uma troca de elétrons de forma que ambos se eletrizam. O material que cede elétrons fica carregado positivamente e o que recebe, negativamente. Neste processo, os materiais ficam eletrizados apenas nos pontos de contato. 

Eletrização por contato

Quando dois condutores entram em contato, um deles eletrizado e o outro neutro, verifica-se que o condutor inicialmente neutro se eletriza com carga de sinal igual ao do condutor eletrizado, até que ocorra o equilíbrio entre os dois corpos.

Eletrização por indução

Neste processo de eletrização, não existe contato entre os corpos. Aproximando um corpo eletrizado de um corpo positivo, as cargas de sinais diferentes na área eletrizada se afastarão e o corpo ficará com suas cargas juntas pela sua área. O corpo fica neutro, porém se analisada cada área separadamente elas estarão com predominância de uma carga enquanto o corpo eletrizado estiver próximo.

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