Corrente alternada

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A corrente alternada, ou CA (em inglês AC - alternating current) é uma corrente elétrica cuja magnitude e direção da corrente varia ciclicamente, ao contrário da corrente contínua cuja direção permanece constante e que possui pólos positivo e negativo definidos. A forma de onda usual em um circuito de potência CA é senoidal por ser a forma de transmissão de energia mais eficiente. Entretanto, em certas aplicações, diferentes formas de ondas são utilizadas tais como triangular ou ondas quadradas.

[editar] História

A corrente alternada surgiu quando Nikola Tesla foi contratado por J. Westinghouse para construir uma linha de transmissão entre Niágara e Búfalo, em NY. Thomas Edison fez o possível para desacreditar Tesla, mas o sistema polifásico de Tesla foi adotado. A Corrente Alternada é a forma mais eficaz de se transmitir uma corrente elétrica por longas distâncias. Nela os elétrons invertem o seu sentido várias vezes por segundo.

Na primeira metade do século XX havia sistemas de Corrente Alternada de 25 Hz no Canadá (Ontário) e no norte dos EUA. Em alguns casos alguns destes sistemas (por exemplo, nas quedas de Niágara) perduram até hoje por conveniência das plantas industriais que não tinham interesse em trocar o equipamento para que operasse a 60 Hz. As baixas freqüências facilitam confecção de motores de baixa rotação.

Há também sistemas de 16,67 Hz em ferrovias da Europa (Suíça e Suécia).

Sistemas AC de 400 Hz são usados na indústria têxtil, aviões, navios, espaçonaves e em grandes computadores.

No Brasil a variação (freqüência) da rede elétrica é de 60 Hz. Na América do Sul, além do Brasil, também usam 60 Hz o Equador e a Colômbia. Em outros países, por exemplo, a Argentina, a Bolívia, o Chile, o Paraguai e o Peru é usada a freqüência de 50Hz.

A Corrente Alternada foi adotada para transmissão de energia elétrica a longas distâncias devido à facilidade relativa que esta apresenta para ter o valor de sua tensão alterada por intermédio de transformadores. No entanto as primeiras experiências e transmissões foram feitas com Corrente contínua (CC ou, em inglês, DC).

[editar] Matemática das tensões CA

Correntes alternadas são usualmente associadas com tensões alternadas. Uma tensão CA senoidal v pode ser descrita matematicamente como uma função do tempo, pela seguinte equação:

$v(t)=A \times\sin(\omega t),$

onde

A é a amplitude em volts (também chamada de tensão de pico),

ω é a freqüência angular em radianos por segundo, e

t é o tempo em segundos.

Como freqüência angular é mais interessante para matemáticos do que engenheiros, esta fórmula é comumente reescrita assim:

$v(t)=A \times\sin(2 \pi f t),$

onde

f é a freqüência em hertz.

O valor de pico-a-pico de uma tensão alternada é definida como a diferença entre seu pico positivo e seu pico negativo. Desde o valor máximo de seno (x) que é +1 e o valor mínimo que é -1, uma tensão CA oscila entre +A e −A. A tensão de pico-a-pico, escrita como V_P-P, é, portanto (+A) − (−A) = 2 × A.

Geralmente a tensão CA é dada quase sempre em seu valor eficaz, que é o valor quadrático médio desse sinal elétrico (em inglês é chamado de root mean square, ou rms), sendo escrita como V_ef (ou V_rms). Para uma tensão senoidal:

$V_{\mathrm{ef}}={A \over {\sqrt 2}}$

V_ef é útil no cálculo da potência consumida por uma carga. Se a tensão CC de V_CC transfere certa potência P para a carga dada, então uma tensão CA de V_ef irá entregar a mesma potência média P para a mesma carga se V_ef = V_CC. Por este motivo, rms é o modo normal de medição de tensão em sistemas de potência.

Para ilustrar estes conceitos, considere a tensão de 220 V AC usada em alguns estados brasileiros. Ela é assim chamada porque seu valor eficaz (rms) é, em condições normais, de 220 V. Isto quer dizer que ela tem o mesmo efeito joule, para uma carga resistiva, que uma tensão de 220V CC. Para encontrar a tensão de pico (amplitude), podemos modificar a equação acima para:

$A=V_{\mathrm{ef}} \times \sqrt 2$

Para 220 V CA, a tensão de pico V_P ou A é, portanto, 220 V × √2 = 311 V (aprox.). O valor de pico-a-pico V_P-P de 220V CA é ainda mais alta: 2 × 220 V × √2 = 622V (aprox.)

Note que para tensões não senoidais, temos diferentes relações entre seu pico de magnitude valor eficaz. Isso é de fundamental importância ao se trabalhar com elementos do circuito não lineares que produzem correntes harmônicas, como retificadores.