Circuitos elétricos

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Circuitos Elétricos
Um circuito elétrico é a ligação de elementos elétricos, tais como resistores, indutores, capacitores, diodos,
linhas de transmissão, fontes de tensão, fontes de corrente e interruptores, de modo que formem pelo menos
um caminho fechado para a corrente elétrica. Um circuito elétrico simples, alimentado por pilhas, baterias ou
tomadas, sempre apresenta uma fonte de energia elétrica, um aparelho elétrico, fios ou placas de ligação e
um interruptor para ligar e desligar o aparelho. Estando ligado, o circuito elétrico está fechado e uma corrente
elétrica passa por ele. Esta corrente pode produzir vários efeitos, luz, movimentos, aquecimentos, sons etc.
Circuitos elétricos são conjuntos formados por um gerador elétrico, um condutor em circuito fechado e um
elemento capaz de utilizar a energia produzida pelo gerador.
Um circuito elétrico simples, constituído com uma pilha, um interruptor
e uma lâmpada. Neste caso:
● A pilha é a fonte de energia; a lâmpada é o receptor de energia;
● O interruptor não é considerado fonte nem receptor de energia,
já que a sua função é apenas a de permitir ou interromper a passagem
de corrente num circuito elétrico.
● Quando a fonte se encontra corretamente ligada ao(s)
receptores, diz-se que o circuito está fechado, caso contrário diz-se
que está aberto.
● Num condutor metálico, a corrente elétrica é explicada por um
fluxo desordenado de elétrons que atravessam esse condutor.
Os circuitos elétricos são utilizados para ligar dispositivos elétricos e eletrônicos de acordo com suas
especificações de funcionamento, referentes à tensão elétrica de operação e à corrente elétrica suportada
pelo dispositivo. Além disso, são usados para distribuição da energia elétrica em residências e indústrias,
conectando diversos dispositivos elétricos por meio de fios condutores, conectores e tomadas.
De acordo com seus componentes básicos, um circuito elétrico pode desempenhar diversas funções: eliminar
picos de corrente elétrica, que são prejudiciais para alguns aparelhos mais sensíveis; aumentar a tensão
elétrica de entrada ou, até mesmo, abaixá-la; transformar uma corrente
alternada em uma corrente contínua; aquecer algo, entre outras.
Quando se aplica uma diferença de potencial em um circuito elétrico usando,
por exemplo, uma pilha, os elétrons passam a fluir nesse circuito até que
essa pilha descarregue por completo. Parte da energia de cada um desses
elétrons é, então, captada e utilizada pelos diferentes elementos do circuito,
transformando-a em diferentes formas de energia, como luz, som,
movimento, calor etc.
Os circuitos elétricos são representados por esquemas, que podem ser
bastante complexos caso não saibamos identificar alguns de seus elementos básicos: ramos, malhas e nós. A
figura ao lado, mostra um circuito elétrico não muito simples, contendo um gerador, resistores e aparelhos de
medida (um voltímetro e um amperímetro) ligados em um circuito formado por três malhas, dois nós e quatro
ramos.
Entenda melhor o que são esses elementos:
● Nós: pontos do circuito que ligam dois ou mais ramos. Nesses pontos, a corrente elétrica é sempre a
mesma, antes e após sua passagem por eles.
● Ramos: caminhos entre dois nós consecutivos. A corrente elétrica ao longo de um ramo é constante.
● Malhas: caminhos fechados formados pelos ramos de um circuito, no qual pode haver malhas
internas e externas.
Elementos dos circuitos elétricos
Resistores
São dispositivos elétricos com alta resistência elétrica, isto
é, opõem-se fortemente à passagem de corrente elétrica
Essa classe de dispositivo é comumente usada em ferros
de passar, chuveiros elétricos, churrasqueiras elétricas,
aquecedores etc.
Geradores
São elementos responsáveis por fornecer energia para os
circuitos elétricos. Quando ligamos os terminais de um
gerador aos fios condutores de um circuito, forma-se uma
diferença de potencial, que promove a movimentação dos
elétrons
Alguns exemplos de geradores de corrente contínua são
as pilhas e baterias. Já as tomadas residenciais são
geradores de correntes alternadas
Chaves ou
interruptores
São dispositivos de segurança que servem para “abrir” ou
“fechar” um circuito, podendo permitir ou interromper o
fluxo de corrente elétrica.
Fusíveis
São dispositivos de segurança que interrompem a
passagem de corrente elétrica nos circuitos caso exceda
uma margem de segurança. Os fusíveis mais comuns são
produzidos com uma liga metálica de baixo ponto de
fusão. Quando atravessadas por grandes correntes
elétricas, essas ligas metálicas derretem, interrompendo o
circuito.
Capacitores
São utilizados para o armazenamento de cargas elétricas
em um circuito. Esses dispositivos são capazes de reter
grandes quantidades de cargas elétricas, liberando-as
rapidamente quando solicitados. Por isso, são muito
utilizados em circuitos que necessitam de grandes
correntes elétricas para operarem corretamente.
Receptores
São dispositivos que transformam a energia elétrica
presente em um circuito em outras formas de energia,
como a energia cinética. O que difere um receptor de um
resistor é que este transforma a energia elétrica
exclusivamente em calor. Televisores, computadores,
lâmpadas e caixas de som são exemplos de receptores.
Os circuitos elétricos podem ter seus dispositivos associados em diferentes configurações. Quando os
elementos de um circuito são ligados no mesmo ramo, dizemos que eles são ligados em série. Se os
elementos de um circuito estiverem ligados em ramos diferentes, mas sob a mesma diferença de potencial,
dizemos que são ligados em paralelo.
Ligação em série
Quando os dispositivos de um circuito encontram-se ligados no mesmo ramo, serão percorridos pela
mesma corrente elétrica. O potencial elétrico, no entanto, decrescerá de acordo com a passagem dos
elétrons por esses elementos. Observe alguns elementos dos circuitos ligados em série:
Resistores em série
Capacitores em série
Ligação em paralelo
As ligações em paralelo ocorrem sempre entre dois nós, apresentando-se em dois ou mais ramos. Nessas
ligações, a corrente elétrica é dividida entre os ramos, os quais apresentam o mesmo potencial elétrico.
Confira nas figuras abaixo alguns elementos dos circuitos em paralelo:
Resistores ligados em paralelo
Capacitores em paralelo
Ligações mistas
As ligações mistas são aquelas que apresentam elementos ligados em série e em paralelo ao mesmo
tempo. Veja alguns exemplos de elementos ligados nesse tipo de configuração:
Ligação mista de resistores
Capacitores em ligação mista
Dispositivos de controle
Os dispositivos de controle são utilizados para medir e controlar as variáveis mais importantes de um circuito
elétrico, como potencial elétrico e corrente elétrica. Os principais dispositivos de controle conhecidos são os
amperímetros e os voltímetros.
Amperímetros
Os amperímetros são dispositivos que medem corrente elétrica. São formados por galvanômetros
(dispositivos sensíveis capazes de medir baixas intensidades de corrente elétrica), os quais se ligam em série
com o circuito no ramo em que se deseja determinar o módulo da corrente elétrica.
Em geral, os amperímetros têm resistência elétrica muito baixa e não devem ser ligados em paralelo em
nenhuma ocasião. O símbolo usado para representar os amperímetros é mostrado na figura abaixo:
Os amperímetros são dispositivos de controle que medem a corrente elétrica no circuito.
Voltímetros
Os voltímetros são usados para determinar a diferença de potencial elétrico entre dois pontos de um
circuito. Assim como os amperímetros, também são formados a partir de galvanômetros, no entanto,
apresentam resistência elétrica altíssima e devem ser conectados sempre em paralelo ao ramo do circuito em
que se deseja determinar a tensão elétrica.
Os voltímetros são representados pelo símbolo abaixo:
Confira um esquema que mostra um circuito constituído por um gerador, uma chave interruptora, um resistor
e dois dispositivos de controle: um voltímetro e um amperímetro.
Circuito com gerador, chave, resistor, voltímetro e amperímetroFórmulas para os circuitos elétricos
Existem algumas fórmulas que podem ser utilizadas para determinar grandezas como corrente elétrica,
potencial elétrico, resistência equivalente, potência elétrica, carga elétrica e diversas outras em circuitos
elétricos simples.
Confira abaixo algumas das fórmulas mais importantes para o estudo dos circuitos elétricos e seus
enunciados:
1ª lei de Ohm
A resistência elétrica dos resistores ôhmicos é constante e é dada pela razão do potencial elétrico
aplicado sobre eles pela corrente elétrica que os atravessa.
U – tensão elétrica ou diferença de potencial
R – resistência elétrica
i – corrente elétrica
Potência elétrica
A potência elétrica dos resistores ôhmicos é a taxa de realização de trabalho desses dispositivos a
cada segundo.
P – Potência
Resistência equivalente em série
A resistência equivalente de uma associação de resistores é dada pela soma das resistências
individuais.
Resistência equivalente em paralelo
O inverso da resistência equivalente de uma associação de resistores é dado pela soma dos
inversos das resistências individuais.
Capacitância
Capacitância é a medida da carga elétrica armazenada em um condensador para uma dada diferença
de potencial.
C – capacitância
Q – carga elétrica armazenada
U – tensão elétrica
Capacitância equivalente em série
O inverso da capacitância equivalente de uma associação de capacitores em série é dado pela soma
dos inversos das capacitâncias individuais
Capacitância equivalente em paralelo
A capacitância equivalente de uma associação de capacitores em paralelo é dada pela soma das
capacitâncias individuais.
Lei dos Nós – 1ª lei de Kirchoff
A soma das correntes elétricas que chegam em um nó do circuito é igual à soma das correntes
elétricas que deixam esse nó.
Lei das Malhas – 2ª lei de Kirchoff
A soma dos potenciais elétricos em uma malha do circuito é sempre igual a zero.
Exercícios sobre circuitos elétricos
Observe o circuito mostrado na figura abaixo:
Nesse circuito, uma bateria de 30 V alimenta uma associação de três resistores ligados em paralelo.
Determine:
a) a resistência equivalente do circuito.
b) a corrente elétrica medida pelo amperímetro A.
c) a tensão elétrica nos terminais do resistor de 10 Ω.
d) a potência dissipada pelo resistor de 10 Ω.
Resolução
a) Como os três resistores estão em paralelo, utilizaremos a equação abaixo para determinar a resistência
equivalente do circuito:
Resultando em:
b) O amperímetro A está ligado em série com a bateria que alimenta o circuito, logo, medirá o módulo da
corrente elétrica total. Essa corrente elétrica pode ser calculada por meio da 1ª lei de Ohm:
c) Para calcularmos o potencial elétrico nos terminais do resistor de 10 Ω, é necessário notarmos que ele
está ligado em série com dois resistores idênticos associados em paralelo. A resistência equivalente dos dois
resistores de 20 Ω é, portanto, de 10 Ω.
Dessa forma, dos 30 V fornecidos ao circuito, 15 V são aplicados aos terminais do resistor de 10 Ω. Os outros
15 V são aplicados aos terminais da associação dos resistores de 20 Ω. Logo, o potencial elétrico nesse
resistor é de 15 Ω.
d) Podemos determinar a potência dissipada pelo resistor de 10 Ω se percebermos que a corrente elétrica
que passa por ele é de 2A. Dessa forma, utilizamos a fórmula de potência que relaciona tensão elétrica e
corrente elétrica:
Exercícios
1. O elemento de um circuito que opõe a passagem da corrente elétrica é
a) ( ) o capacitor.
b) ( ) a chave
c) ( ) o resistor.
d) ( ) o gerador.
2. Complete o texto com os termos que faltam para que este tenha sentido
Os _________ elétricos são utilizados para ligar __________ elétricos e eletrônicos de acordo com suas
especificações de_____________, referentes à ______ elétrica de operação e à ________elétrica suportada
pelo dispositivo.
3. O símbolo representa qual elemento de um circuito elétrico?
a) ( ) Gerador.
b) ( ) Fusível.
c) ( ) Resistor.
d) ( ) Capacitor.
4. Analise as afirmações a seguir e coloque V para as verdadeiras e F para as falsas.
a) ( ) Os interruptores servem para “abrir” ou “fechar” um circuito, podendo permitir ou interromper o fluxo de
corrente elétrica.
b) ( ) Os geradores transformam a energia elétrica presente em um circuito em outras formas de energia,
como energia cinética.
c) ( ) Quando os dispositivos de um circuito se encontram ligados no mesmo ramo estão ligados em série.
d) ( ) Nós pontos do circuito que ligam dois ou mais ramos. Nesses pontos, a corrente elétrica é sempre a
mesma, antes e após sua passagem por eles.
5. Elabore um mapa mental com as características e os componentes de um circuito elétrico.
6. Complete o texto com os termos que faltam para que este tenha sentido.
Um circuito elétrico simples, alimentado por_______, baterias ou tomadas, sempre apresenta uma fonte de
energia elétrica, um aparelho elétrico, fios ou placas de ligação e um ________ para ligar e desligar o
aparelho.
a) ( ) pilhas; termômetro.
b) ( ) tomadas; termômetro.
c) ( ) baterias; interruptor.
d) ( ) pilhas; interruptor.
7. Receptores são dispositivos capazes de:
a) elevar a tensão elétrica no circuito por meio da aplicação de uma força eletromotriz.
b) consumir parte da energia elétrica do circuito, transformando-a em calor, em razão do efeito Joule.
c) interromper o fluxo de corrente elétrica.
d) armazenar cargas elétricas.
e) consumir energia elétrica, transformando-a em outras formas de energia.
8. A primeira lei de Ohm estabelece que:
a) a resistência elétrica dos resistores ôhmicos é inversamente proporcional à tensão aplicada sobre eles.
b) a resistência elétrica dos resistores ôhmicos é variável e depende, exclusivamente, da tensão aplicada.
c) a passagem de corrente elétrica por um condutor é capaz de dissipar energia em forma de calor.
d) a resistência elétrica é uma grandeza escalar medida em ohms.
e) a resistência elétrica de um resistor ôhmico é constante e é dada pela razão da tensão aplicada pela
corrente elétrica que o atravessa.
9.Três resistores de resistências iguais a 2 Ω, 3 Ω e 4 Ω são associados em paralelo. Determine a resistência
equivalente dessa associação:
a) 9,10 Ω
b) 1,08 Ω
c) 0,92 Ω
d) 12,05 Ω
e) 10,50 Ω
10. Um resistor ôhmico de resistência elétrica igual a 2,0 Ω é atravessado por uma corrente elétrica de 1,5 A.
Determine a quantidade de energia elétrica dissipada por esse resistor a cada segundo.
a) 0,75 W
b) 1,33 W
c) 3,0 W
d) 4,5 W
e) 0,3 W
11. Assinale, entre as opções abaixo, aquela que apresenta um dispositivo de controle.
a) Receptor
b) Capacitor
c) Resistor
d) Amperímetro
e) Fusível
12. Indique um dispositivo de segurança usado nos circuitos elétricos.
a) Gerador
b) Disjuntor
c) Receptor
d) Capacitor
e) Indutor