OS FUNDAMENTOS DE CIRCUITOS ELÉTRICOS

P1 – FUNDAMENTOS DE CIRCUITOS ELÉTRICOS

1.  Conceitos de corrente elétrica e diferença de potencial (tensão): A corrente elétrica é definida como a variação de carga elétrica por unidade de tempo. Esta variação é dada pelo movimento destas cargas. A unidade de corrente elétrica é o Ampére (A), definida como C/s (Coulomb por segundo). Por convenção, a corrente elétrica positiva é representada com fluxo oposto ao fluxo dos elétrons (cargas negativas).

A diferença de potencial entre dois pontos (ou tensão) é definida como o trabalho para se deslocar uma carga de 1 C, numa região onde exista um campo elétrico, de um ponto a outro, em outras palavras a ddp entre os pontos A e B (ou a tensão entre A e B) é o trabalho para se deslocar uma carga de 1C desde o ponto B até o ponto A. A unidade de tensão é o Volt (V), definida como J/C (Joule por Coulomb).
Por convenção, a tensão positiva é representada por uma seta desde o ponto de menor potencial até o de maior potencial.

1.2.     2. Elementos de circuito: Elementos ativos são os que fornecem energia. São as fontes de tensão e de corrente.

[pic 1]

 Em alguns circuitos onde existem mais de uma fonte, pelo menos uma delas fornecerá energia ou todas fornecerão. Portanto pode ocorrer que uma fonte, dependendo do circuito, pode ser receptora de energia. Quando a fonte de tensão é fornecedora de energia a corrente elétrica terá sentido do polo negativo para o polo positivo da fonte, caso contrário a corrente terá sentido oposto. Quando a fonte de corrente é fornecedora de energia a tensão sobre os seus terminais terá o mesmo sentido da corrente, caso contrário terá sentido oposto. 

A potência fornecida por uma fonte é dada por P=V.I (W=Watt)

  

3. Lei de Ohm

A resistência elétrica, representada por R e cuja unidade é o Ohm (Ω), é um elemento passivo de circuito que quando submetido à uma tensão (V), uma corrente (I) diretamente proporcional à V e inversamente proporcional à R, circula entre seus terminais. Esta definição é conhecida como Lei de Ohm e é expressa matematicamente como:

O símbolo da resistência elétrica é:

[pic 2]

 

A potência dissipada por uma resistência é dada por P=V.I=R.I2=V/R2

 

 

 

4. Associação de resistores

 

4.1 Associação em série

Dois ou mais resistores estão em série somente se a mesma corrente circular por eles.

[pic 3]

A resistência equivalente das ‘n’ resistências em série, entre os ponto a e b, é dada pela expressão:

[pic 4] 

 

4.2 Associação em paralelo

Dois ou mais resistores estão em paralelo somente se a mesma tensão estiver aplicada neles.

[pic 5]

A resistência equivalente das ‘n’ resistências em paralelo, entre os ponto a e b, é dada pela expressão:

[pic 6]

 

5 Leis de Kirchhoff

 

5.1 Lei das tensões:
Em uma malha (circuito fechado), quando é aplicado o sinal correto a cada tensão, a soma algébrica de todas as tensões individuais é nula.

Outra maneira de expressar esta lei é que, em um circuito fechado, a soma das tensões no sentido horário é igual à soma das tensões no sentido anti-horário.

 

Considere o seguinte circuito:

[pic 7]

Como os três resistores estão em série, a resistência equivalente é Req=300+500+200=1.000 Ω.

A corrente I que circula pelo circuito é 

[pic 8]

 

E a tensão em cada resistor:

 

V2=300.0,1= 30 V

V3=500.0,1= 50 V

V4=200.0,1= 20 V

 

Pela Lei das Tensões de Kirchhoff: V1=V2+V3+V4 

 

5.2 Lei das correntes:

Em um nó, quando é aplicado o sinal correto a cada corrente, a soma algébrica de todas as correntes individuais é nula.

Outra maneira de expressar esta lei é que, em um nó, a soma das correntes que entram é igual à soma das correntes que saem:

[pic 9]

 

I1+I2+I4=I3+I5

 

1.     Introdução O objetivo deste método é reduzir o circuito em resistências equivalentes, aplicando o conceito de associação até que seja possível calcular a tensão ou corrente fornecidas pela fonte.
Este método é empregado quando o circuito possui apenas uma fonte.

2.     O Método O exemplo a seguir é explicado passo a passo para o entendimento deste método.
O objetivo é calcular as correntes e tensões de todos os componentes do circuito.

Circuito 1 
[pic 10] 

 1ª redução: associação em paralelo dos resistores de 20 Ω e 80 Ω: Req1= 16 Ω
Circuito 2 
[pic 11] 

 2ª redução: associação em série dos resistores de 16 Ω e 34 Ω: Req2= 50 Ω
Circuito 3 
[pic 12]

 3ª redução: associação em paralelo dos dois resistores de 50 Ω: Req3= 25 Ω
Circuito 4 
[pic 13]

Até esta redução já é possível calcular I1, V2 e V3:

I1 =__V1__ = 1 A
      75+25

V2 = 75 x 1 = 75 V

V3 = 25 x 1 = 25 V

Uma sugestão é utilizar a Lei das Tensões de Kirchhoff para verificar estes valores: V1=V2+V3.

O próximo passo é retonar ao V4 = 34 x I3 = 34 x 0,5 = 17 V

 Como V3 já é conhecido, é possível encontrar I2 e I3 :

I2 =  V3  = 0,5 A
       50

I3 =  V3  = 0,5 A
       50

Utilizando a Lei das Correntes de Kirchhoff para verificar estes valores: I1=I2+I3.

Com estes valores conhecidos, voltamos ao Circuito 2 e calculamos V4 e V5 :

V4 = 34 x I3 = 34 x 0,5 = 17 V
V5 = 16 x I3 = 16 x 0,5 = 8 V