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Antes de
começar a te ensinar preciso que você leia isso com atenção: enquanto eu,
queria aprender eletrônica, mas não gostava de ler, nem de
seguir os passos a passos do que era ensinado, não aprendi
nada.
Você só pode
pular uma etapa depois de ter certeza absoluta que já sabe, do contrário,
mais na frente você não vai entender o que está sendo
explicado.
É simples assim.
Então vamos
lá: você que não fez curso de eletrônica ainda, não tem como aprender sem antes
conhecer a eletricidade.
O que eletricidade?
1- Eletricidade.
Eletricidade,
é o fluxo ordenado de elétrons ou corrente elétrica ( I )
circulando no condutor (Fio
de cobre, alumínio etc).
A tensão elétrica ou voltagem é a força que faz o fluxo de elétrons (corrente elétrica) movimentar, é medida em volt, ( E ).
Essa é uma
forma de explicar o que é eletricidade, e o que interessa para nosso tema.
Não existe corrente sem tensão, nem tensão sem corrente, multiplicando uma pela outra, temos a potência.
Se um carregador do notebook mostra na etiqueta: 100-240 Volts 2 Amperes Significa que fornece uma potência máxima de: 200 Watts para carregar a bateria do Notebook. E = 100V multiplicado por: I = 2 A = 200 Watts.
Se uma pessoa diz: tenho um gerador que gera uma voltagem (tensão = E) de 110 volts, não falou tudo, faltou dizer qual a Amperagem (corrente = I) que essa voltagem tem, dependendo da corrente dessa tensão, ela não consegue acender, nem uma lâmpada de baixo consumo.
Mas dependendo do valor da corrente pode acender várias lâmpadas e permitir o funcionamento de todos eletrodomésticos, inclusive o chuveiro.
Viu a importância das duas: tensão e corrente? São multiplicando as duas que você sabe qual a potência, (watts) e se ela vai ser útil ou não, devemos ficar de olho nisso.
Elétrons.
Se você aprendeu
na escola um pouco de física e química, sabe que elétrons
são um dos elementos que compõe o Átomo.
Átomos e seus elementos.
Os elétrons
são elementos que compõe o Átomo, eles circulam em volta do núcleo composto de
prótons e nêutrons, os elétrons circulam, em mais de uma orbita ou camada,
sempre combinando em quantidade com o núcleo.
Na natureza podemos dividir a matéria em moléculas, é a menor parte que se pode dividir a matéria conservando suas propriedades.
Então para se chegar ao átomo, temos que continuar a divisão, dividindo a molécula chegamos aos átomos.
Temos vários elementos químicos na natureza, mas podemos classificar as matérias em dois tipos: não condutores e condutores.
Os elementos ou matéria que tem Átomos não condutores são chamados de isolantes: Selênio (mica) o vidro a madeira, etc. são assim classificados porque é muito difícil fazer alteração em sua estrutura atômica já que os elétrons de todas as camadas, combinam com a quantidade de prótons e neutros no núcleo, por isso esses materiais são considerados isolantes.
A fricção de um material com outro não condutor, (isolante) as vezes consegue alterar a estrutura atômica e um deles pode ficar sobrando ou faltando elétrons, tira elétrons do outro ou adicionando elétrons, o resultado disso é a criação de uma tensão e corrente estática, ou atração ou repulsão de outras matérias, mas isso é momentâneo, logo volta a se equilibrar, ou seja o que é isolante continua e o que é condutor também.
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Todos nós
já passamos por essa experiência, quando ao usar o pente para pentear os
cabelos, ele atrair fragmentos de papel, e ao esfregar a flanela na
motocicleta, esta fica energizada e solta uma centelha elétrica no corpo de
quem aproxima dela.
Esse foi só um breve exemplo de energia estática momentânea, por alteração da estrutura atômica, isso não faz parte do nosso tema, eletricidade, porque esse tipo não temos como utilizar.
Elementos condutores.
Na figura
acima você observa, o movimento do elétron livre, nos materiais
considerados como condutores de corrente elétrica: cobre, alumino, ouro, prata,
ferro.
1 elétron
na última camada não tem com quem combinar está livre, então tentando se
combinar, salta para o átomo mais próximo, e vai saltando para o outro
sucessivamente, quando sai de um átomo, fica no lugar 1 íon positivo.
O fio de
cobre tem aproximadamente 8,5 x 1022 elétrons livres por
cm³, é considerado um mar de elétrons, que empurrado por um campo elétrico, sai
do condutor.
Por isso o fio de cobre (Bom condutor) é usado nas instalações elétricas, fontes etc. é flexível fácil de produzir, mais barato em comparação com outros materiais.
Agora que aprendemos um pouco sobre o que é eletricidade, e o que a conduz, é hora de saber como gerar eletricidade.
Gerador de tensão e corrente.
A realidade
que todos precisam saber, gerar eletricidade útil é apenas uma transformação de
outros tipos de energias que temos no nosso planeta, isso mesmo só
transformamos essas forças naturais, em energia elétrica.
São: vento, luz do sol, água dos rios e mares, essas são as forças comuns que usamos para gerar tensão e corrente, e para isso um outro elemento é indispensável, o magnetismo (Imã) seja natural (encontrado na natureza) ou artificial, (eletromagnético).
Vamos voltar um pouco no tema elétrons: falamos dos elementos considerados como condutor de corrente elétrica, por terem elétrons livres para saltar de seus átomos, pois é eles são tão doidos para fazer isso que, combinado a um campo magnético, eles saem e se transformam em energia elétrica (tensão e corrente) por isso devemos estudar sobre os campos magnéticos.
Campos magnéticos, Imãs.
O imã pode
ser definido como objeto capaz de produzir um campo magnético em sua volta,
atrai objetos ferrosos, pode ser natural ou artificial, o imã que encontramos
na natureza é um tipo de minério de substancias magnéticas, a magnetita.
Linhas de força
do imã.
O imã
artificial pode ser feito de material não magnético, mas pode se tornar um imã
permanente se o material for a magnetita, pedra mineral dissolvida em ácido, ou
temporariamente um imã com características do natural, mas perde depois de um
tempo seu campo magnético.
São dois os tipos de imas artificiais: temporais, são aqueles que mantem as propriedades magnéticas por um tempo (Ferro) ao ser imantado ou passado num imã, depois de um tempo volta a ser não magnético, (exemplo ao imantar uma chave de fenda, ela atrai o parafuso de ferro).
Os eletromagnéticos, são os que enquanto estão sobre efeito de um campo elétrico, (exemplo: bobina de um relé mecânico) seu núcleo de ferro se comporta como um imã, ao cessar a corrente elétrica no indutor ou bobina em volta do núcleo de ferro, acaba o campo magnético. O imãs exceto os redondos, são chamados dipolo, isso porque em seus dois lados, temos polaridades diferentes, um lado é o polo Sul ( S ) ou outro Norte ( N ), se você pegar um imã do tipo bastão, ou retangular, e amarrar bem no meio dele um barbante ao levanta-lo pelo barbante ele apontará os polos: Norte/Sul geográfico, como se fosse uma bussola.
Atração e repulsão.
O tema
neste curso é ensinar de forma simples como "criar" eletricidade como
a que usamos, vindas das usinas ou dos acumuladores de
energia elétrica (pilhas e baterias), mas não podemos
deixar de aprender um pouco mais sobre os Imãs, pois ele é um elemento
fundamental.
No exemplo
da figura acima vimos os efeitos de dois campos magnéticos naturais (imã)
quando próximo um do outro, (atração e repulsão).
O
magnetismo (campo magnético do imã) e o eletromagnético (campo magnético da
corrente elétrica no indutor) são duas
forças que juntas podemos usar da seguinte forma: uma delas se aplica ao alto
falante.
Observe as
peças que compõe o alto falante, ele quando esta reproduzindo um som
(musica) sofre dois efeitos magnéticos, um do imã natural fixo na
estrutura (campo magnético fixo), e o da bobina que provoca o
campo magnético variável, porque está ligada na saída do
amplificador de áudio.
Você já
deve ter imaginado que o som de uma música, ou de alguém falando ao microfone
nada mais é que frequências diversas, exemplo: a guitarra produz uma frequência
alta, por causa do som agudo, o contra baixo, frequência baixa, pelo som grave,
cada instrumento produz uma frequência diferente, no amplificador de áudio
todas frequências são transformadas em sinais elétricos variáveis (tensão e
corrente) estes sinais amplificados e aplicados a bobina do alto falante,
produz campos magnéticos variáveis, ao se confrontar com o campo fixo do imã
natural, provoca movimentos ou vibrações no cone do alto falante pois a bobina
está colada no cone, fazendo este subir ou descer dependendo da polarização do
campo produzido (atração repulsão) no alto falante essa vibração se propaga no
ar e chega ao ouvido humano que interpreta de várias formas: musica conversa, ruído
etc.
Outro
exemplo simples do campo eletromagnético pode ser visto no
relé mecânico.
Ao
aplicarmos uma tensão e corrente na bobina enrolada em
um núcleo de ferro, produz um campo magnético que atrai a
lamina A para C, quando a corrente é interrompida a lamina volta para
sua posição normal B.
Hora de
aula pratica pessoal.
A aula
pratica estimula o aluno a continuar com os estudos, pois vê na sua frente o
efeito do que está sendo ensinado a ele.
Então vamos
lá, eu preciso que você providencie uma pilha boa carregada, um alto falante,
pode ser um usado, de qualquer aparelho encostado: caixa de som, TV velha, etc.
você vai fixar 2 fios nos dois terminais do alto falante, antes verifique qual
terminal é positivo e negativo.
Teste
primeiro com o positivo da pilha no positivo do terminal, veja que o cone do
alto falante sobe e um breve ruído acontece, depois inverta a pilha como está
na foto, e veja que o cone se retrai, (Obs. se isso não acontecer o alto
falante está defeituoso, bobina aberta (queimada) ou a bobina está presa no
imã. Muitas pessoas dirão: há isso é um teste banal,
quem não sabe disso? Eles mesmo não sabem o que acontece.
Na eletricidade e na eletrônica tem muito a se explicar.
Bobina do
alto Falante.
É
simplesmente um fio de cobre isolado, (AWG esmaltado) que enrolado em forma de
expiras, se transforma num indutor (Bobina) nesse formato os elétrons livres
que deveriam sair na outra ponta dele, encontra resistência (dificuldade de
passar) e parte dos elétrons fica na bobina, enquanto o circuito está fechado,
antes de continuar quero explicar: chama se de circuito fechado quando temos
uma fonte elétrica (pilha etc.) com seus polos positivo e negativo, fechados
através do condutor (fio condutor) e outra coisa (lâmpada bobina resistor etc.)
de forma que permita a corrente circular do polo negativo dessa fonte para o
positivo, esse movimento chamamos de circuito elétrico.
Voltemos a
bobina do alto falante: a corrente e tensão da pilha quer atravessar a bobina,
mas uma parte dela fica retida nas espiras, formando assim um campo
eletromagnético (imã) a partir desse momento vai sofrer com outra força
magnética, a do imã natural e fixo bem no raio de atuação da bobina, acontece
então a reação que expliquei, o movimento do cone, para cima ou para baixo, de
acordo com a polaridade do campo eletromagnético. Importante dizer aqui é, se
você ligar nos terminais do alto falante um voltímetro que tenha sensibilidade
de medir milivolt (submúltiplo de 1 volt), e fazer vibrar mecanicamente o cone
do alto falante, isso fará aparecer tensão nos terminais, estará sendo gerada
tensão pelo movimento mecânico do cone com a bobina, assim que funciona o microfone convencional.
O microfone.
É uma membrana sensível a ruido e sons ao falarmos próximo ela
vibra é uma membrana sensível ao ruido e sons, ao produzirmos um som próximo dela, vibra.
Colado nela
tem uma bobina de fio de cobre fino igual um fio de cabelo, e bem próximo
também tem um imã, a vibração faz a bobina se mover e o campo magnético do imã
produz uma corrente elétrica muito pequena na bobina, (microvolt) e através de
um cabo (2 fios) ligados nessa bobina e na entrada de um amplificador a micro
tensão passa a ter alguns volts, o suficiente para ser ligado ao alto falante,
e este reproduz o som ou o que estamos falando próximo do microfone
(membrana).
Até aqui aprendemos que o condutor (fio de cobre etc.) tem um mar de elétrons livres na sua última orbita, doidos para sair, saltar fora, isso é tão verdadeiro que se você enrolar num pedaço de cano de pvc (bobina) 100 voltas de fio de cobre isolado (esmaltado 30 awg) o mesmo usado nos transformadores, e nas duas pontas soldar um LED e aquecer essa bobina (400graus aprox.) os elétrons saem atravessando o LED e o faz acender, é claro que isso também faz o fio perder para sempre seus elétrons, ficando inútil como condutor.
Aprendemos que o imã tanto natural quanto artificial produz uma força, e ao movimentarmos um indutor (bobina) dentro dessa força magnética, (Imã) gera tensão e corrente nas pontas dessa bobina. Isso acontece porque a bobina absorve um pouco das linhas de força do imã.
Usei esta
foto do site: feira de ciências para mostrar o efeito do imã sobre a
bobina, não é simplesmente deixar o imã parado dentro da bobina para
que aja tensão e corrente, é preciso um movimento mecânico,
porque a alternância entre os polos N/S do imã em movimento dentro da
bobina, é o que faz o acumulo e a descarga dos campos magnéticos na
bobina, que se transformam em eletricidade para acender a lâmpada de filamento,
ou alguns LED. Se ao invés de você rodar manualmente o
imã através de seu eixo, colocar uma hélice para que o
vento rode, também faz gerar, ou aproveitar
uma água corrente, para fazer girar uma roda d’água, e no eixo dela
colocar esse gerador, também vai gerar tensão e corrente,
com estes exemplos aprendemos que para gerar energia elétrica precisamos
de uma outra fonte de energia.
Formato da
tensão gerada pelo gerador.
Como
explicado no texto acima a alternância dos campos magnéticos do imã na bobina
(N/S) por causa da rotação, produz eletricidade, mas essa é uma forma simples de
explicar um resultado, não podemos esquecer dois fatores importantes: quantas voltas
o imã faz em um determinado tempo, a isso damos o nome de RPM = rotação por
minuto, mas podemos transformar isso em uma outra forma de cálculo, a
Frequência medida em Hertz (Hz) significa quantas voltas de 360Graus o imã
girando no seu eixo consegue dar em 1 segundo, chamamos isso de frequência.
Aprendemos
que a tensão da rede elétrica que chega nas nossas casas 110 ou 220 volts vem
de usinas geradoras hidráulicas, termo elétrica, eólica, etc. Aprendemos também
que nessa tensão, tem uma corrente, é o que determina o potencial que chega.
Por exemplo: a rede de 110 volts tem uma corrente de 100 amperes, então a potência
total que chega é: 11 mil watts, a tensão de 220 volts tem uma corrente de 50
amperes o que resulta numa potência igual para as duas tensões.
O terceiro
e muito importante elemento entre a tensão e a corrente, é a frequência, no Brasil
é de 60hz, ou seja, a tensão sofre alternâncias sessenta vezes em cada segundo,
isso por causa dos polos do imã (N/S) girando dentro das bobinas do Gerador, ou o contrário bobinas girando dentro do campo magnético
(imã) que dá o mesmo resultado.
Em alguns
países essa frequência é de 50hz (Hertz).
Então estes
três fatores tensão corrente frequência são de fundamental importância, no
estudo da produção de eletricidade, porque a partir daí saberemos como calcular
tudo que funciona diretamente com essa energia elétrica. Motores de corrente
alternada, transformadores, etc.
Alternância
da corrente gerada pelos geradores.
São eles:
Hidráulicos, termoelétricas, e geradores industriais.
Corrente
Alternada.
A figura
ilustrativa acima nos dá uma ideia como a bobina girando dentro de um campo magnético
do ima, transforma as linhas força em tensão e corrente nos terminais da bobina, as escovas
ligadas nos terminais da bobina, e em contato com os anéis, captam a tensão
e corrente.
Por causa
dos polos N/S do ima, a tensão e corrente gerada não é fixa, observe a figura
abaixo, para ver o que acontece durante o processo.
A corrente
em sincronismo com uma rotação fixa (força eletro motriz) = 60 vezes a cada
segundo, (Frequência = 60 HZ) produz uma onda que leva o nome de: senoidal, ela
é dividida em dois ½ ciclos, o primeiro é o positivo e o segundo negativo,
observe como a tensão sobe gradativamente em cada ciclo até atingir seu pico
mais alto positivo (sai de 0 V até +110 V), depois começa a cair e, ao chegar
novamente em 0 V, inicia da mesma forma, mas em sentido inverso, ou seja,
negativo – Veja mais uma vez a figura abaixo.
Um outro exemplo muito interessante
para sabermos como funciona a corrente alternada, é mostrado na figura abaixo.
Observe
como a corrente e tensão, circulam durante o meio ciclo positivo (setas vermelhas), e no sentido
inverso (setas pretas) quando está no meio ciclo negativo, isso significa que a corrente circula, do gerador através
do interruptor e a lâmpada isso na velocidade da luz, hora num sentido, hora no
sentido contrário (inverso), passa pela lâmpada e volta para o gerador, quando você
pisca os olhos uma vez, isso já aconteceu 60 vezes.
Lembro-me
de um aluno que começara a estudar eletrônica, e passando pelo estudo da
eletricidade pensou e colocou em pratica seu pensamento, ele trabalhava para o
Corpo de Bombeiros de BH, e foi chamado para cortar uma árvore pois 2 fios
paralelos passavam entre os galhos, disse ele: é!!! Com o alicate vou arriscar
e cortar bem rápido os dois fios, quem sabe dou sorte e um dos meios ciclos da tensão
e corrente alternada, está voltando para o gerador na usina? Então posicionou o
alicate de corte e rapidamente cortou os dois fios, ele quase caiu de cima da
arvore, quando viu o curto que provocou que derreteu parte do alicate, com fogo
voando para todo lado. KKKKKK, ele se esqueceu que o movimento é na velocidade
da luz. Se fosse num tempo longo veríamos ao acender uma lâmpada de filamento,
seu brilho aumentando gradativamente, e depois diminuindo.
Podemos
deduzir que, a corrente alternada não tem polaridade, (positivo/negativo),
pois em um dado momento um polo é positivo, e outro negativo, logo depois
invertem suas polaridades, e fica assim o tempo todo. Na rede elétrica temos
sim um dos polos aterrados, (em contato com a terra) a esse polo damos o nome
de: neutro e o outro: fase.
O curso continua aguardem publicação de mais conteúdo....
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