Para entender o funcionamento do automóvel moderno não basta o conhecimento da mecânica. É preciso conhecer eletricidade básica e a partir dela os fundamentos da eletrônica. São justamente estes fundamentos que daremos a partir de agora no nosso curso, iniciando pela revisão dos conceitos básicos de eletricidade.
Circuito elétrico, corrente, tensão e resistência
Uma corrente elétrica consiste num fluxo de cargas que circula através de um fio condutor. Estas cargas são os elétrons que encontram liberdade de movimento em materiais como os metais, conforme mostra a figura 1. Estes materiais são denominados condutores de corrente elétrica.
Para que as cargas se movimentem através de um material é preciso que uma força externa as empurre. Nos deparamos então com dois conceitos muito importantes da eletricidade:
- A força externa que empurra as cargas que funciona como a pressão de um cano de água. Esta força é denominada tensão elétrica e é medida em volts (V).
- A própria corrente que consiste no fluxo de cargas, ou seja, na quantidade de elétrons que passam pelo condutor. A corrente é medida em amperes (A).
Assim, para termos uma corrente (fluxo de elétrons) precisamos aplicar num condutor uma tensão que empurre os elétrons. A tensão é a causa e a corrente é o efeito, conforme mostra a figura 2.
(figura 2)
No entanto, os condutores não são perfeitos. Os elétrons que formam uma corrente encontram uma certa dificuldade para passar através dos fios. Essa dificuldade é denominada resistência e é constante. A resistência de um fio é medida em ohms (.). Se aplicarmos a um condutor, que apresenta uma certa resistência, uma tensão, a corrente vai ser determinada pela resistência desse condutor. A resistência limita portanto a intensidade da corrente num fio. Maior resistência, menor corrente com a mesma tensão.
Circuito elétrico
Os elétrons não podem ser criados. Uma bateria fornece elétrons para uma lâmpada, mas ela precisa estar constantemente repondo estes elétrons que saem dela. Assim, só é possível obter uma corrente fazendo circular os elétrons no que denominamos circuito, conforme mostra a figura 3.
(figura 3)
Para acender uma lâmpada (que denominamos receptor de energia), por exemplo, precisamos de uma fonte de energia (que denominamos gerador). No caso do carro, o gerador é a bateria. A quantidade de energia que podemos transferir para a lâmpada não depende apenas da tensão que aplicamos nela, mas também da corrente.
Essa transferência, conforme mostramos na figura 3, se faz através de um fio que leva a corrente e outro que a traz de volta para que os elétrons possam ser reciclados. Trata-se portanto de um percurso ou circuito fechado, daí o nome "circuito".
Podemos interromper a corrente num circuito colocan
do um interruptor em qualquer lugar do circuito, conforme mostra a figura 4.
(figura 4)
Num automóvel, o retorno ou caminho de volta da cor-rente não precisa ser feito através de um fio. Como o chassi do carro é metálico ele pode ser usado para esta finalidade, sendo por isso denominado ?terra?. O nome vem do fato de que nas instalações de eletricidade doméstica a terra, que é condutora de eletricidade, é utilizada como retorno. Desta forma, como mostra a figura 5, num carro, o pólo negativo é ligado ao chassi e os fios que alimentam os diversos dispositivos saem do positivo. Em cada dispositivo existe um ?retorno?, que é feito pelo chassi (fio terra).
(figura 5)
Potência elétrica
A quantidade de energia fornecida a uma lâmpada, por exemplo, depende tanto da tensão como da corrente. Quando ligamos uma lâmpada a uma bateria, a intensidade da luz que ela produz depende tanto da quantidade de elétrons que passam pelo filamento como da velocidade com que eles fazem isso, ou seja, da força com que eles são empurrados. Definimos então a potência elétrica como uma grandeza diferente da tensão e corrente. A potência é a quantidade de energia por segundo, e é medida em Watts (W). Para calcular a potência, multiplicamos a corrente pela tensão.
Potência (W) = tensão (V) x corrente (A)
Veja agora como tudo isso funciona num carro, por exemplo:
Uma lâmpada de 24 Watts ligada em 12 V ao ser ligada "puxa" uma corrente de 2 A pois 24 W = 2 x 12.
Para termos os mesmos 24 V numa bateria de 6 V, a corrente precisaria ser 4 A.
Um fio precisa ser tanto mais grosso quanto maior for a intensidade da corrente que ele deve conduzir. Por este motivo é que os fios do motor de partida de um carro têm de ser muito mais grossos do que os fios usados para alimentar as lâmpadas. O Consumo do motor de partida exige várias dezenas de amperes ,enquanto que as lâmpadas exigem poucos amperes. Existe portanto vantagem em utilizar tensões maiores nos circuitos, pois os fios podem ser mais grossos. Note que a potência continua ser absolutamente a mesma. Uma lâmpada de 24 W para 6 V produz 24 W de luz quando ligada nesta tensão, como uma lâmpada de 24 W produz 24 W de luz quando ligada em 12 V. O que muda é apenas a corrente!
(figura 6)
No entanto, como a corrente na instalação de 12 V é menor, o fio usado é mais fino. Outra vantagem de se utilizar tensão maior é que as perdas no fio são menores. Conforme vimos, mesmo os fios apresentam uma certa resistência, dificultando a passagem da corrente, o que faz com que ocorram perdas. Com tensões maiores, estas perdas são menores. Com o aumento de dispositivos elétricos e eletrônicos nos carros, mesmo os 12 V estão se tornando problemáticos em termos de consumo e mesmo de custos da fiação. Assim, a nova geração de automóveis que está por vir já prevê a utilização de baterias de 42 V. Os fios de ligação dos diversos dispositivos podem ser 3,5 vezes mais finos com esta tensão!
Efeitos da corrente
Quando a corrente elétrica atravessa determinados meios ela produz efeitos que podem ou não ser aproveitados.
O principal efeito é a produção de calor, ou efeito térmico, também chamado "Efeito Joule" . Para vencer a resistência de um meio, a eletricidade faz um esforço que se converte em calor. Este efeito pode ser aproveitado em elementos de aquecimento, como aquecedores, acendedores de cigarro, etc. Se o calor for muito intenso, temos também a produção de luz, como no caso das lâmpadas incandescentes.
Outro efeito importante é o magnético. Quando uma corrente passa através de um condutor, em sua volta aparece um campo magnético. Se enrolarmos um fio em forma de bobina e fizermos passar uma corrente o campo criado concentra-se e temos um eletro-imã. Podemos aproveitar este efeito em solenóides, como os usados nas fechaduras elétricas do carro ou em motores como o motor de partida ou o motor do limpador de parabrisas.
Temos também o efeito químico. Quando uma corrente circula através de determinados líquidos ocorrem reações químicas. A carga de uma bateria aproveita este efeito.
Fontes de energia elétrica (geradores)
Para forçar a corrente através de um circuito e com isso fornecer energia a ele precisamos de dispositivos que estabeleçam entre dois pólos a pressão elétrica necessária a isso. Estes dispositivos são denominados geradores. Como na natureza não é possível criar energia a partir do nada, estes dispositivos convertem alguma forma de energia em energia elétrica. Temos então os seguintes tipos de geradores:
Pilhas e baterias
As pilhas e baterias são geradores químicos de energia elétrica, pois convertem a energia liberada numa reação química em eletricidade. Denominamos baterias a um conjunto de pilhas ou acumuladores.
Acumuladores
Acumuladores também são geradores químicos de energia elétrica, mas o seu funcionamento é reversível. A reação libera energia elétrica mas isto pode ser invertido pela passagem de uma corrente que o carrega. As chamadas baterias de carro na verdade são conjunto de acumuladores que podem ser recarregados pela corrente gerada pelo dínamo ou alternador.
Dínamos e alternadores
Os dínamos e alternadores são geradores que convertem energia mecânica, a força do motor, por exemplo, em energia elétrica. Eles consistem em conjuntos de bobinas que criam campos elétricos e através deles a energia é gerada pelo movimento.
Células solares
As células solares convertem energia luminosa (luz solar, por exemplo) em energia elétrica. Consistem em painéis de materiais semicondutores como o silício. Seu rendimento ainda é muito baixo e elas são caras, o que limita bastante suas aplicações práticas.
Questionário:
1. Uma corrente elétrica consiste em:
A) Cargas elétricas em oscilação
B) Cargas elétricas em movimento
C) Tensão aplicada num fio
D) Movimento de átomos de um metal
2. Tensão e corrente podem ser relacionadas como (na ordem):
A) efeito e causa
B) causa e efeito
C) quantidades de energia
D) geração de calor
3. Para que uma corrente circule é preciso:
A) haver tensão aplicada
B) haver um circuito fechado
C) haver um gerador e um receptor
D) haver resistência
4. O produto tensão x corrente determina:
A) A resistência de um circuito
B) Quantidade de energia disponível
C) A potência elétrica
D) A quantidade de calor gerada
