5) Circuitos Elétricos

5) Circuitos elétricos

Agora que já estudamos uma boa quantidade de conceitos de eletricidade vamos utilizar estes conceitos para entender e, resolver exercícios com circuitos elétricos. O circuito elétrico é formado por uma ou mais fontes de energia elétrica, fios condutores e algum elemento de circuito como resistores, capacitores e receptores. O circuito elétrico estará completo quando a corrente elétrica, que sai de um dos terminais da fonte de energia, percorre os componentes do circuito e fecha seu percurso no outro pólo da fonte de energia.

Os circuitos elétricos podem ser subdivididos em nós, ramos e malhas. Abaixo temos um exemplo de circuito elétrico.(vamos estudar melhor isso em Associação de Resistores)

Agora, Vamos analisar um circuito elétrico constituído por uma bateria e três lâmpadas ligadas em série, observe o desenho abaixo:

Percebemos uma fonte de 12 V alimenta o circuito e uma corrente elétrica i percorre as três lâmpadas de 2Ω cada uma, fechando o circuito. Sabemos que os elétrons livres percorrem o condutor do pólo negativo para o positivo. Neste percurso os elétrons passam pelos resistores das lâmpadas e perdem a energia que transportam, voltando à bateria.

É importante perceber que no desenho temos o sentido da corrente elétrica do pólo positivo para o negativo, este é o sentido convencional da corrente elétrica e é diferente do sentido que os elétrons livres percorrem.

Para calcularmos o valor da corrente elétrica e da tensão para cada resistor no circuito elétrico devemos conhecer as leis de Kirchhoff. Estas leis foram formuladas em 1845 por Gustav Robert Kirchhoff (1824 – 1887) e se baseiam no principio de conservação da energia e no principio de conservação da carga elétrica:

1ª Lei de Kirchhoff (Lei das Correntes ou Leis dos Nós)

Em um nó, a soma das correntes elétricas que entram é igual à soma das correntes que saem.

2ª Lei de Kirchhoff (Lei das Tensões ou Lei das Malhas)

A soma algébrica da d.d.p(tensão) em um percurso fechado é nula.

No nosso exemplo os resistores estão em série, logo todos são percorridos pela mesma corrente elétrica. Mas, pela 2ª lei de Kirchhoff, a tensão elétrica de 12 V se divide para os três resistores. Logo:

12 = U₁ +U₂+U₃

Como os resistores são iguais as tensões em cada um deles também são iguais:

12 = U₁ +U₁ + U₁

12 = 3.U₁

3.U₁ = 12

U₁ = 12/3

U₁ = 4V

Sendo assim, são 4V de tensão para cada resistor e com este valor podemos calcular a corrente elétrica:

U = R. i

i = U/R

i = 4/2

i = 2A

Logo, a corrente no circuito é igual a 2A.

Vamos analisar outro exemplo de circuito elétrico, um circuito com três resistores em uma associação mista:

No circuito elétrico acima temos uma associação de resistores mista, e a corrente elétrica é dividida em duas para os resistores que estão em paralelo. Logo, pela 1ª lei de Kirchhoff:

i = i₁ + i₂

Para chegarmos no valor da corrente elétrica total temos que calcularmos a resistência equivalente do circuito. Reduzindo os resistores paralelos a um:

R = R /2

R = 2 / 2

R = 1Ω

Assim, a resistência equivalente é igual a soma dos resistores a cima:

R_eq = R₁ + R₂

R_eq = 2 + 1

R_eq = 3 Ω

Agora que temos a resistência equivalente do circuito podemos calcular a corrente elétrica total:

i = U/R

i = 12 / 3

i = 4A

A corrente total se divide em i₁ e i₂, como os resistores são iguais a corrente elétrica se divide por igual:

i = i₁ + i₂

i = 2 . i₁

4 = 2 . i₁

2 . i₁ = 4

i₁ = 4 / 2

i₁ = 2A

i₂ = 2A

Sendo assim, a corrente elétrica de 4 A se divide no nó do circuito em duas partes iguais a 2 A. Com estes valores de corrente elétrica você pode calcular a tensão para cada resistor. Faça isso para treinar!