Fundamentos de Circuitos Elétricos com Aplicações - 5.ed.

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Este livro é uma das referências mais tradicionais para a conceituação da análise de circuitos elétricos. A metodologia de ensino, mantida de edições anteriores, foi elaborada com o objetivo de exercitar o senso crítico dos estudantes e habilitá-los a analisar e interpretar determinados problemas da área. Trata-se de leitura essencial para estudantes de engenharia elétrica que desejam compreender melhor a teoria sobre o tema e desenvolver habilidades básicas de projeto. Razões para comprar: Conteúdo pedagógico (termos-chave e fórmulas mais importantes em destaque, hipertextos que apresentam dicas ou lembretes conectando conceitos); Cerca de 400 problemas novos ou modificados divididos em práticos, teóricos e computacionais (programas: Matlab, Pspice e KCIDE); Seção especial, em todos os capítulos, que fundamenta um método de seis etapas para a resolução de problemas envolvendo circuitos.

19 capítulos

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Capítulo 1 - Conceitos básicos

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CONCEITOS BÁSICOS

Alguns livros devem ser degustados, outros devem ser engolidos e alguns poucos devem ser mastigados e digeridos.

Francis Bacon

Progresso profissional

Critérios ABET EC 2000 (3.a), “habilidade em aplicar conhecimentos de matemática, ciências e engenharia”.

Quando se é estudante, é fundamental estudar matemática, ciências e engenharia com o propósito de torná-lo capaz de aplicar esses conhecimentos na resolução de problemas de engenharia. A capacidade, nesse caso, é a habilidade de pôr em prática os fundamentos dessas áreas na solução de um problema. Portanto, como podemos desenvolver e aperfeiçoar essa habilidade?

A melhor abordagem é resolver o maior número possível de problemas em todos os seus cursos.

Entretanto, se você realmente quiser ter êxito nesse ponto, deverá dedicar um tempo para analisar onde, quando e por que você tem dificuldade em chegar de maneira fácil a soluções bem-sucedidas.

Talvez você se surpreenda ao constatar que a maior dificuldade na resolução de problemas está relacionada com a matemática e não com a interpretação da teoria. Talvez você também constate que geralmente começa a resolver o problema de forma precoce. Investir um tempo para pensar em como resolvê-lo sempre irá, no final das contas, lhe poupar tempo e frustração.

 

Capítulo 2 - Leis básicas

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2

LEIS BÁSICAS

Existem muitas pessoas orando para que as montanhas de dificuldades sejam removidas, quando o que elas realmente precisam é de coragem para escalá-las.

Autor desconhecido

Progresso profissional

Critérios ABET EC 2000 (3.b), “habilidade em projetar um sistema, componente ou processo para atender às necessidades desejadas”.

Os engenheiros devem projetar e realizar experimentos, bem como analisar e interpretar dados. A maior parte dos estudantes dedica horas fazendo experimentos no colégio e na faculdade, por isso

é comum esperar que você tenha prática nessas atividades. Minha sugestão é que, ao realizar experimentos no futuro, você invista mais tempo na análise e interpretação de dados.

E qual é o significado disso tudo? Se estiver examinando um gráfico da tensão versus resistência ou da corrente versus resistência ou ainda da potência versus resistência, o que você realmente verá? A curva faz sentido? Ela concorda com o que diz a teoria? Ela difere do esperado e, em caso positivo, por quê? Claramente, essa prática com dados aperfeiçoará sua habilidade.

 

Capítulo 3 - Métodos de análise

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MÉTODOS DE ANÁLISE

Nenhuma grande obra é realizada de forma apressada. Realizar uma grande descoberta científica, pintar uma grande tela, escrever um poema imortal, tornar-se um ministro ou um general famoso realizar qualquer coisa de grandioso requer tempo, paciência e perseverança. Essas coisas são realizadas gradualmente, pouco a pouco .

W. J. Wilmont Buxton

Progresso profissional

Carreira em eletrônica

Uma das áreas de aplicação para a análise de circuitos elétricos é a eletrônica. Esse termo foi usado, originalmente, para distinguir circuitos com corrente muito baixa, porém essa distinção não é mais válida, já que dispositivos semicondutores de potência operam com níveis de correntes elevados. Hoje, a eletrônica é considerada a ciência do movimento de cargas em um gás, no vácuo ou em um semicondutor, e a eletrônica moderna envolve transistores e circuitos transistorizados, sendo que os primeiros circuitos eletrônicos eram montados a partir de componentes; atualmente, muitos são produzidos na forma de circuitos integrados, fabricados em um substrato semicondutor ou chip.

 

Capítulo 4 - Teoremas de circuitos

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TEOREMAS DE CIRCUITOS

O seu sucesso como engenheiro será diretamente proporcional

à sua habilidade em se comunicar!

Charles K. Alexander

Progresso profissional

Aperfeiçoando suas habilidades em comunicação

Fazer um curso de análise de circuitos elétricos é uma das etapas para sua carreira em engenharia elétrica. Aperfeiçoar suas habilidades em comunicação enquanto você ainda está na faculdade também é importante, já que passará muito tempo comunicando-se.

Profissionais da área se queixam com frequência do despreparo dos engenheiros recém-formados tanto na comunicação escrita como na oral.

Pode ser que você fale ou escreva rápido e com desenvoltura, porém, com que eficiência você se comunica? A arte da comunicação eficaz é de suma importância para seu sucesso como engenheiro, tornando-o um valioso patrimônio.

Para engenheiros da área, comunicação é fundamental para seu crescimento profissional. Considere o resultado de uma pesquisa de grandes empresas norte-americanas que perguntava quais fatores influenciavam na promoção gerencial, a qual incluía uma lista de 22 qualidades pessoais e sua importância no progresso profissional. Talvez você possa ficar surpreso ao saber que “capacidade técnica

 

Capítulo 5 - Amplificadores operacionais

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5

AMPLIFICADORES OPERACIONAIS

Aqueles que não ponderam são fanáticos, aqueles que não podem são tolos, e aqueles que não ousam são escravos.

Lord Byron

Progresso profissional

Carreira em instrumentação eletrônica

A engenharia envolve a aplicação de princípios físicos ao desenvolver dispositivos para o benefício da humanidade. Porém, esses princípios não podem ser compreendidos sem medição; de fato, os físicos normalmente dizem que física é a ciência que mede a realidade. Assim como as medidas são as ferramentas para entender o mundo físico, os instrumentos são as ferramentas para medição. O amplificador operacional que será apresentado neste capítulo é um elemento fundamental da instrumentação eletrônica moderna. Consequentemente, o domínio de seus fundamentos é primordial para qualquer aplicação prática de circuitos eletrônicos.

Os instrumentos eletrônicos são usados em todos os campos da ciência e da engenharia. Eles se proliferaram na ciência e na tecnologia a ponto de que seria incabível ter uma formação técnica ou científica sem ter tido contato com os instrumentos

 

Capítulo 6 - Capacitores e indutores

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CAPACITORES E INDUTORES

Na ciência, o crédito vai para o homem que convence o mundo, não para o que primeiro teve a ideia.

Francis Darwin

Progresso profissional

Critérios ABET EC 2000 (3.c), “habilidade em projetar um sistema, componente ou processo para atender às necessidades desejadas”.

A “habilidade em projetar um sistema, componente ou processo para atender às necessidades desejadas”

é a razão para os engenheiros serem contratados, e

é por isso que esta é a capacidade técnica mais importante para esse profissional. É interessante notar que o sucesso como engenheiro é diretamente proporcional à capacidade de ele se comunicar, porém, sua habilidade com projetos vem em primeiro lugar.

O projeto acontece quando se tem o que é chamado problema aberto que, finalmente, é definido pela solução. Dentro do contexto deste livro, podemos explorar apenas alguns desses elementos e buscar atingir todas as etapas de nossa técnica de resolução de problemas, que lhe ensinará vários elementos essenciais do processo de projeto.

 

Capítulo 7 - Circuitos de primeira ordem

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CIRCUITOS DE PRIMEIRA ORDEM

Vivemos de nossos atos, não dos anos vividos; de pensamentos, não apenas da respiração; de sentimentos, não dos números em um disco de telefone. Deveríamos contar o tempo em pulsações.

Vive mais aquele que pensa mais, sente-se o mais nobre, aquele que age melhor.

P. J. Bailey

Progresso profissional

Carreiras em engenharia da computação

A formação em engenharia elétrica passou por drásticas mudanças nas últimas décadas. A maioria dos departamentos tornou-se conhecida como departamento de engenharia elétrica e engenharia de computação, enfatizando as rápidas mudanças por causa dos computadores, que ocupam um lugar de destaque na sociedade e na educação modernas. Eles se tornaram lugar-comum e ajudam a mudar os aspectos da pesquisa, do desenvolvimento, da produção, dos negócios e do entretenimento. Cientistas, engenheiros, médicos, advogados, professores, pilotos de avião, executivos – quase todo mundo se beneficia da capacidade de os computadores armazenarem grandes quantidades de informação e de processarem essas informações em períodos muito breves. A Internet é essencial nas empresas, na educação e em biblioteconomia, e, por isso, o emprego de computadores continua a crescer a passos largos.

 

Capítulo 8 - Ciurcuitos de segunda ordem

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8

CIRCUITOS DE SEGUNDA ORDEM odos os que podem cursar um mestrado em engenharia devem fazê-lo a fim de estender o sucesso de sua carreira! Se você quer trabalhar com pesquisa, o estado da arte em engenharia, lecionar em uma universidade ou iniciar seu próprio negócio, você realmente precisa cursar um doutorado!

Charles K. Alexander

Progresso profissional

Se deseja aumentar as oportunidades em sua carreira,

é necessário ter domínio nas áreas da engenharia, e, para isso, é bom especializar-se, estudar, fazer uma pós-graduação ou um mestrado logo após se formar.

Cada título conquistado em engenharia representa habilidades que o estudante adquire. No bacharelado, aprende-se a linguagem da engenharia e os fundamentos de engenharia e projeto. No mestrado, é possível realizar projetos de engenharia avançados e transmitir seu trabalho de forma eficaz, tanto oralmente como pela escrita. Já o título de Ph.D. representa o entendimento amplo dos fundamentos da engenharia elétrica e tem como objetivo ultrapassar os limites da capacidade profissional e transmitir seu trabalho para outras pessoas.

 

Capítulo 9 - Senoides e fasores

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SENOIDES E FASORES

Aquele que não sabe, e não sabe que não sabe, é um tolo – evitem-no. Aquele que não sabe, e sabe que não sabe, é uma criança – ensine-o. Aquele que sabe, e não sabe que sabe, é um dormente

– desperte-o. Aquele que sabe, e sabe que sabe, é um sábio – siga-o.

Provérbio persa

Progresso profissional

Critérios ABET EC 2000 (3.d), “habilidade para atuar em equipes multidisciplinares”.

A “habilidade para atuar em equipes multidisciplinares” é inerentemente crítica para o engenheiro atuante. Raramente, esses profissionais, se é que o fazem, trabalham sozinhos, pois sempre farão parte de alguma equipe. Uma das coisas que gosto de relembrar a meus estudantes é que ninguém é obrigado a se dar bem com todos os membros de uma equipe; deve-se apenas ser uma parte bem-sucedida dela.

Na maioria das vezes, essas equipes são formadas por indivíduos de uma série de disciplinas

da engenharia, bem como das que não são da área, como marketing e finanças.

 

Capítulo 10 - Análise em regime estacionário senoidal

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ANÁLISE EM REGIME

ESTACIONÁRIO SENOIDAL

Três tipos de homens são meus amigos – aqueles que me amam, aqueles que me odeiam e aqueles que são indiferentes a mim. Aqueles que me amam ensinam-me ternura; aqueles que me odeiam ensinam-me cautela aqueles que são indiferentes a mim ensinam-me autoconfiança.

J. E. Dinger

Progresso profissional

Carreira em engenharia de software

Engenharia de software é a área da engenharia que lida com a aplicação prática de conhecimento científico no projeto, na construção e na validação de programas de computador e com a documentação associada necessária para desenvolvê-los, operá-los e mantê-los. É um ramo que está se tornando cada vez mais importante à medida que mais e mais disciplinas precisam de uma forma ou outra, um pacote de software para realizar tarefas rotineiras, já que sistemas microeletrônicos programáveis são usados em um número cada vez maior de aplicações.

O papel de um engenheiro de software não deve ser confundido com o de um cientista da computação, pois o engenheiro de software é um profissional que atua de maneira pragmática, e não de forma

 

Capítulo 11 - Análise de potência em CA

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ANÁLISE DE POTÊNCIA EM CA uatro coisas que não têm retorno a palavra dita a flecha lançada o tempo passado; a oportunidade negligenciada.

Al Halif Omar Ibn

Progresso profissional

Carreira em sistemas de potência

A descoberta do princípio de um gerador CA por

Michael Faraday, em 1831, foi um grande avanço na engenharia, porque forneceu uma maneira conveniente de gerar energia elétrica necessária para todos os aparelhos eletrônicos, elétricos ou eletromecânicos que usamos hoje.

A energia elétrica é obtida convertendo-se energia de outras fontes, como combustíveis fósseis (gás, petróleo e carvão), combustível nuclear

(urânio), energia hidráulica (quedas d’água), energias geotérmicas (água quente, vapor), energia eólica, energia maremotriz e energia de biomassa

(resíduos). Essas diversas formas de geração de energia elétrica são estudadas de modo detalhado no campo da engenharia de sistemas de potência, que se tornou uma subdisciplina indispensável da engenharia elétrica. Um engenheiro elétrico deve

 

Capítulo 12 - Circuitos trifásicos

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CIRCUITOS TRIFÁSICOS

Aquele que não consegue perdoar os outros interrompe o seu próprio caminho.

G. Herbert

Progresso profissional

Critérios ABET EC 2000 (3.e), “habilidade em identificar, formular e solucionar problemas de engenharia”.

Desenvolver e aperfeiçoar sua “habilidade em identificar, formular e solucionar problemas de engenharia” é o objetivo fundamental deste livro. E seguir nosso processo de seis etapas para resolução de problemas é a melhor maneira de

praticar essa habilidade. Recomendamos que você use esse processo sempre que possível. É bem provável que você se alegre ao descobrir que isso também funciona para cursos que não são de engenharia.

Critérios ABET EC 2000 (f), “entendimento sobre responsabilidade ética e profissional”.

É necessário que todo engenheiro tenha um “entendimento sobre responsabilidade ética e profissional”. Até certo ponto, esse entendimento é muito pessoal, variando, assim, para cada um de nós.

 

Capítulo 13 - Circuitos de acoplamento magnético

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13

CIRCUITOS DE ACOPLAMENTO

MAGNÉTICO

Se quiser aumentar sua felicidade e prolongar sua vida, esqueça os defeitos de seu próximo...

Esqueça as excentricidades de seus amigos e lembre-se apenas dos pontos positivos que o fizeram gostar deles... Apague todas as reminiscências de ontem; escreva hoje em uma folha em branco aquelas coisas bonitas e adoráveis.

Anônimo

Progresso profissional

Carreira em eletromagnetismo

Eletromagnetismo é o ramo da engenharia elétrica

(ou da física) que lida com análise e aplicação de campos elétricos e magnéticos. Veremos, em eletromagnetismo, que a análise de circuitos elétricos

é aplicada em baixas frequências.

Os princípios do eletromagnetismo (EM) são aplicados em várias disciplinas afins, como máquinas elétricas, conversão de energia eletromecânica, meteorologia com uso de radares, sensoriamento remoto, comunicação via satélite, bioeletromagnetismo, compatibilidade e interferência eletromagnética, plasmas e fibra óptica. Entre os dispositivos eletromagnéticos, temos motores e geradores elétricos, transformadores, eletroímãs, levitação magnética, antenas, radares, fornos de micro-ondas, antenas parabólicas de

 

Capítulo 14 - Resposta de frequência

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14

RESPOSTA DE FREQUÊNCIA

Você ama a vida? Então não desperdice o tempo, porque é desse material que a vida é feita.

Benjamin Franklin

Progresso profissional

Carreira em sistemas de controle

Sistemas de controle é uma área da engenharia elétrica que também usa a análise de circuitos. Um sistema de controle projetado para regular o comportamento de uma ou mais variáveis de alguma forma desejada e que desempenha importantes funções em nossa vida cotidiana.

Eletrodomésticos como sistemas de aquecimento e de ar-condicionado, termostatos controlados por chaves, máquinas de lavar roupa e secadoras, instrumentação de bordo em automóveis, elevadores, semáforos, plantas industriais, sistemas de navegação – todos esses equipamentos utilizam sistemas de controle. No campo aeroespacial, a orientação precisa de sondas espaciais, a ampla gama de modos operacionais do ônibus espacial e a capacidade em manobrar remotamente veículos espaciais a partir da Terra exigem conhecimento de sistemas de controle. No setor industrial, operações

 

Capítulo 15 - Introdução à transformada de Laplace

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15

INTRODUÇÃO À

TRANSFORMADA DE LAPLACE

O importante em relação a um problema não é a sua solução, mas a força que ganhamos ao encontrar a solução.

Anônimo

Progresso profissional

Critérios ABET EC 2000 (3.h), “o amplo leque educacional necessário para compreender o impacto das soluções de engenharia em um contexto global e social”.

Sendo estudante, você precisa adquirir “o amplo leque educacional necessário para compreender o impacto das soluções de engenharia em um contexto global e social”. Caso já esteja matriculado em um programa de engenharia reconhecido pela

ABET, então parte dos cursos que você deve fazer atende a esse critério. Minha recomendação é que, mesmo que esteja participando de um desses

programas, examine todas as matérias optativas a fazer para ter a certeza de que está aumentando o seu conhecimento em relação às questões globais e aos problemas sociais. Os engenheiros do futuro devem compreender completamente que eles e suas atividades afetam todos nós de uma maneira ou de outra.

 

Capítulo 16 - Aplicações da transformada de Laplace

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16

APLICAÇÕES DA TRANSFORMADA DE

LAPLACE

As habilidades de comunicação são as habilidades mais importantes que qualquer engenheiro pode ter. Um elemento muito importante neste conjunto de ferramentas é a capacidade de fazer uma pergunta e entender a resposta, que é uma coisa muito simples e pode fazer a diferença entre sucesso e fracasso!

James A. Watson

Progresso profissional

Elaboração de perguntas

Com mais de 30 anos de experiência didática, tenho me esforçado ao máximo e tido grande dificuldade para determinar qual a melhor maneira de ajudar meus estudantes a aprender. Independentemente de quanto tempo eles se dedicam aos estudos, a atividade mais útil é a de aprender como formular perguntas em aula e, em seguida, apresentá-las. O estudante, ao fazer perguntas, torna-se ativamente envolvido no processo de aprendizagem e não é mais mero receptor de informações. Acredito que esse envolvimento contribui tanto para o processo de aprendizagem que, provavelmente, seja o único e mais importante aspecto para a formação de um engenheiro moderno. De fato, fazer perguntas

 

Capítulo 17 - Séries de Fourier

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SÉRIES DE FOURIER

Pesquisar é ver aquilo que todos os demais viram e imaginar aquilo que ninguém havia pensado.

Albert Szent Györgyi

Progresso profissional

Critérios ABET EC 2000 (3.j), “conhecimento de questões contemporâneas“.

Os engenheiros devem ter conhecimento de questões contemporâneas. Para ter uma carreira verdadeiramente significativa no século XXI, você precisa conhecer essas questões, especialmente aquelas que possam afetar diretamente seu emprego e/ou trabalho. Uma das maneiras mais fáceis

para se atualizar é ler muito – jornais, revistas e livros atuais. Como estudante participante de um programa reconhecido pela ABET, alguns dos cursos que você fará serão direcionados para atender a esse critério.

Critérios ABET EC 2000 (3.k), “habilidade em usar as técnicas, os conhecimentos e as modernas ferramentas necessários para a prática da engenharia“.

O engenheiro bem-sucedido deve ter “habilidade em usar as técnicas, os conhecimentos e as modernas ferramentas necessários para a prática da engenharia”. É claro que um dos principais objetivos deste livro seja realmente fazer isso. Aprender a usar com perícia as ferramentas que facilitam seu trabalho em um moderno “ambiente de projeto integrado para registro de conhecimento”

 

Capítulo 18 - Transformada de Fourier

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18

TRANSFORMADA DE FOURIER

Planejar é fazer hoje para sermos melhores amanhã, pois o futuro pertence àqueles que tomam as decisões difíceis hoje.

Business Week

Progresso profissional

Carreira em sistemas de comunicação

Os sistemas de comunicação aplicam os princípios da análise de circuitos e são projetados para transmitir informações de uma fonte (o transmissor) a um destino (o receptor) por meio de um canal (o meio de propagação). Os engenheiros de telecomunicação projetam sistemas para transmissão e recepção de informações. As informações podem se encontrar na forma de voz, dados ou vídeo.

Vivemos na era da informação – notícias, previsão do tempo, esportes, compras, finanças, estoque das empresas e outras fontes nos tornam disponíveis as informações de modo quase instantâneo por sistemas de comunicação. Alguns exemplos óbvios são a rede telefônica, telefones celulares, rádio, TV a cabo, TV via satélite, fax e radares. O rádio móvel usado pela polícia, corpo de bombeiros, aviação e várias empresas é outro exemplo.

 

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