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DATA: NOME: Leis de Kirchhoff Introdução Gustav Robert Kirchhoff (*1824, Koenigsberg, Prússia; +1887, Berlim, Alemanha): estudou na Universidade de Koenigsberg, onde foi discípulo de Neumann, com o qual começou a estudar o eletromagnetismo. Em 1845 ele publicou suas duas leis para circuitos elétricos, estendendo assim as descobertas anteriores de Ohm. Em 1850 foi contratado pela Universidade de Breslau, onde continuou a fazer pesquisas em mecânica dos sólidos. Quatro anos depois, foi para a Universidade de Heidelberg onde, além das pesquisas em eletricidade, estudou radiação térmica e espectroscopia do Sol, juntamente com Bunsen, descobrindo os elementos químicos césio e rubídio. Terminou sua carreira acadêmica na Universidade de Berlim como professor de física matemática. Durante quase toda a sua vida teve que usar muletas ou cadeiras de rodas, devido a uma deficiência motora. Alguns termos e símbolos importantes Malha: um percurso fechado completo de um circuito elétrico. Nó: junção de dois ou mais fios elétricos de um circuito. Ramo: percurso em um circuito entre dois nós. 1ª Lei de Kirchhoff Também chamada de lei das correntes, ou lei dos nós, estabelece que num dado nó, a soma das correntes que entram é igual à soma das correntes que saem. Ou seja, um nó não acumula carga. Exemplificando: A figura ilustra fios de cobre interligados. Considerando as intensidades das correntes elétricas indicadas, calcule i1 e i2. 2ª Lei de Kirchhoff A lei das tensões, ou lei das malhas estabelece que partindo-se de um ponto qualquer da malha e retornando- se ao mesmo ponto, é nula a soma algébrica das ddps encontradas no percurso. 2 Leis de Kirchhoff Importante! Para resolvermos os exercícios envolvendo a 2ª Lei de Kirchhoff precisamos adotar alguns referenciais (arbitrários) para manter um padrão na montagem das equações. Vale destacar que os sinais usados caracterizam uma convenção não rígida. Você poderá trocar os sinais desde que mantenha um padrão para a sua resolução. As convenções de sinal que iremos adotar para as diferenças de potencial nos elementos do circuito estarão resumidas a seguir (não há rigidez nessa escolha). Tutorial (passo a passo): Inicie a resolução dos problemas colocando a(s) corrente(s) no circuito. Iremos escolher o maior valor de força eletromotriz (εmáx) para colocar a corrente inicial (i1) convencionando-o como gerador. Coloque as correntes que passam em todos os resistores do circuito com os seus respectivos nomes e sentidos. A seguir escreva uma equação para cada malha, seguindo o padrão de sinais escolhidos para a DDP em cada trecho do circuito. Detalhando... 1. contamos o número de ramos (trecho do circuito que liga dois nós consecutivos). 2. arbitramos em cada ramo uma intensidade de corrente. 3. o número de ramos que é igual ao número de correntes corresponde ao número de incógnitas e, portanto, ao número de equações necessárias para resolver o problema. 4. aplicamos a equação dos nós a todos os nós menos um (quando aplicamos a 1ª lei à todos os n nós existentes só obtemos n – 1 equações diferentes). 5. usamos a Lei das Malhas várias vezes de modo a obtermos o número de equações necessárias para resolver o problema. 6. resolvemos o sistema de equações obtido. 7. quando obtemos valores negativos para algumas intensidades de corrente, trocamos o sentido arbitrado para estas correntes. Exemplificando (1) Vamos calcular as intensidades de corrente no circuito abaixo. Escolhemos (arbitrariamente) colocar a corrente inicial (i1) fazendo a maior “voltagem” (70 V) ser admitida como gerador. Arbitramos em cada ramo uma intensidade de corrente. Aplicamos a lei dos nós em B. 3 Leis de Kirchhoff Aplicamos a Lei das Malhas 2 vezes para completar as 3 equações necessárias para resolver o problema. A escolha do sentindo (horário ou anti-horário) e do ponto de início para observar o circuito são livres, você pode escolher como e por onde começar. Em nosso exemplo iniciaremos a observação onde colocaremos o “olho”. Prefira escrever as equações nas malhas menores. Em seguida resolvemos o sistema de equações obtido. Exemplificando (2) No circuito esquematizado, determine o potencial no ponto D: Colocando as correntes no circuito I: No circuito I, temos: –6 + 2i1 + 2i1 + 2i1 = 0 → i1 = 1 A (sentido horário). Colocando as correntes no circuito II: No circuito II, temos: –1i2 – 1i2 – 2i2 + 12 = 0 → i2 = 3 A (sentido horário). Finalmente UDA = –12 + 2i2 – 1i3 – 10 – 2i1 VD –VA = –12 + 2.3 – 1.0 – 10 – 2.1 VD – 0 = –12 + 6 + 0 –10– 2 VD = –18 V Exercícios 01. Três fios condutores de cobre, F1, F2 e F3, estão interligados por solda, como mostra a figura, e são percorridos por correntes elétricas de intensidades i1, i2 e i3, respectivamente, sendo i1 = 2 A e i2 = 6 A nos sentidos indicados. Determine a intensidade da corrente elétrica no fio F3. 4 Leis de Kirchhoff 02. O circuito mostrado na figura é formado por uma bateria (B) e cinco lâmpadas (L). O número junto a cada lâmpada indica a corrente que passa pela lâmpada, em ampères: Qual é a corrente que passa pelo ponto X? a) 19 A c) 39 A e) 59 A b) 29 A d) 49 A 03. (OBF) Numa parte de um circuito elétrico (como indicado na figura abaixo), um amperímetro é conectado para determinar a corrente que atravessa um determinado fio. Qual o valor da corrente indicado no amperímetro? (Valor e unidade.) 04. A diferença de potencial elétrico UAB = VA – VB entre os pontos A e B do circuito fornecido a seguir é: a) impossível de ser determinada sem o valor da resistência elétrica R. b) 6,0 V c) 8,0 V d) 10,0 V e) 20,0 V 05. O circuito esquematizado a seguir contém duas baterias consideradas ideais e três resistores R1, R2 e R3, de resistências iguais a 6Ω, 3Ω e 2Ω, respectivamente. Calcule as intensidades e os sentidos das correntes elétricas em R1, R2 e R3. 06. No circuito esquematizado na figura, sabemos que I = 2 A. O valor de R e a potência dissipada na resistência de 20 Ω valem, respectivamente: a) 15Ω e 240 W c) 10Ω e 240 W e) 15Ω e zero. b) 15Ω e 20 W d) 10Ω e 20 W 07. Dado o circuito, determinar a leitura no amperímetro ideal e a ddp entre os pontos N e M. 08. No circuito da figura, a corrente através do amperímetro é igual a 3,5 A, quando a chave S está aberta. Desprezando as resistências internas do amperímetro e da bateria, calcule a corrente no amperímetro, em ampères, quando a chave estiver fechada. a) 4,0 c) 7,5 e) 3,5 b) 6,0 d) 8,0 09. No circuito representado no esquema a seguir, as fontes de tensão de 12 V e de 6 V são ideais; os dois resistores de 12 ohms, R1 e R2, são idênticos; os fios de ligação têm resistência desprezível. Nesse circuito, a intensidade de corrente elétrica em R1 é igual a: a) 0,50 A no sentido de X para Y. b) 0,50 A no sentido de Y para X. c) 0,75 A no sentido de X para Y. d) 1,0 A no sentido de X para Y. e) 1,0 A no sentido de Y para X. 5 Leis de Kirchhoff 10. O circuito A foi ligado ao circuito B pelo fio MN: Determine a intensidade de corrente no circuito A, no circuito B e no fio MN. GABARITO 01 02 03 04 05 8A A 2A C Em R1: 2 A, de B para A; em R2: 6 A, de B para C; em R3: 3 A, de A para C 06 07 08 09 10 E 5A –20V B B iA = 0,1 A; iB = 1 A; IMN = 0