Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
CCIIRRCCUUIITTOOSS EELLÉÉTTRRIICCOOSS II CC ii rr cc uu ii tt oo ss ee ll éé tt rr ii cc oo ss ee mm :: CC oo rr rr ee nn tt ee CC oo nn tt ii nn uu aa CC oo rr rr ee nn tt ee AA ll tt ee rr nn aa dd aa PP RR OO FF :: MM AA SS SS II MM OO AA RR GG EE NN TT OO CIRCUITOS ELÉT RICOS 1 ; PROF MASSIMO ARGENTO ED. 2017 - 1 - CAPÍTULO I - BIPOLOS E ASSOCIAÇÕES DE BIPOLOS LINEARES 1) - BIPOLOS: DEF.: Definimos Bipolo Elétrico como sendo qualquer dispositivo elétrico que possua dois terminais acessíveis. Num Bipolo definem-se sempre duas variáveis: A tensão existente entre os seus terminais e a corrente que o atravessa . A tensão é medida através de voltímetros; a corrente é medida através de amperímetros. Tanto os voltímetros como os amperímetros possuem os seus terminais discriminados através do sinal (+) ou (-). O voltímetro é feito de tal forma que quando o seu terminal (+) for conectado ao terminal de maior potencial de um bipolo, a sua indicação seja positiva; de maneira análoga, o amperímetro é feito de tal forma que quando no seu terminal (+) entrar uma corrente positiva, a sua indicação seja positiva . Ou seja: 1.1) - BIPOLOS ATIVOS E PASSIVOS: Um bipolo será dito Ativo quando est iver Fornecendo Energia num circuito; de maneira análoga, um bipolo será dito Passivo quando estiver Recebendo Energia num circuito. IMPORTANTE: Em bipolos ativos a tensão e a corrente possuem sentidos concordantes; em bipolos passivos os sentidos são discordantes. Se por exemplo num determinado instante tivermos num bipolo a tensão e a corrente como abaixo indicadas, concluiremos que: a ) - Bipolo A tivo v i b) - B ipo lo Passivo v i V + - A + - v Indicação Positiva V + - v Indicação Negativa ; i Indicação Positiva i A +-i i ; IndicaçãoNegativa a) : TENSÃO: b) : CORRENTE: CIRCUITOS ELÉT RICOS 1 ; PROF MASSIMO ARGENTO ED. 2017 - 2 - 1.2) - CONVENÇÕES - BIPOLOS GERADORES E RECEPTORES : Poderemos convencionar arbitrariamente um bipolo como gerador ou receptor. Note que convencionar é diferente de ser; ou seja: Nada impede que um bipolo convencionado como gerador se comporte como receptor ou vice-versa. Como regra geral poderemos dizer que se o produto v x i for positivo o bipolo realmente está se comportando conforme a convenção adotada; vice-versa, se o produto v x i for negativo, significará que o comportamento do bipolo é o contrário do que foi adotado. 1.3) ASSOCIAÇÕES DE BIPOLOS POR CURVAS CARACTERISTICAS: CONSIDEREMOS INICIALMENTE AS LEIS DE KIRCHOFF: São duas leis aplicáveis aos nós e às malhas de uma rede qualquer num determinado instante: A) - LEI DOS NÓS (L K C): “ A soma algébrica das correntes que convergem para um nó, num determinado instante é igual a zero “, ou ainda: Pela convenção acima indicada: +i1(t) + i2(t) - i3(t) - i4(t) = 0 OBS.: NÓ: Conexão perfeita entre três ou mais condutores ideais. B) - LEI DAS MALHAS (L K T): “ A soma algébrica das tensões medidas ordenadamente ao longo de uma malha, num determinado instante é igual a zero “, ou ainda: i (t)1 i (t)2 i (t)3 i (t)4 0)t(i n 1j j (num Nó) A V + + - - A V + + - - CIRCUITOS ELÉT RICOS 1 ; PROF MASSIMO ARGENTO ED. 2017 - 3 - Pela convenção acima indicada: v1(t) + v2(t) + v3(t) - v4(t) - v5(t) = 0 OBS.: MALHA: Subconjunto de bipolos de uma rede, interligados entre si de modo a constituirem uma trajetória fechada. ASSOCIAÇÃO SÉRIE - PARALELO DE BIPOLOS: DEFINIÇÕES PRELIMINARES (Válidas em qualquer circunstância num determinado instante): A) – Curva característica: Gráfico representativo do comportamento da tensão pela corrente de um bipolo qualquer B) - Associação Série: “N” bipolos estarão associados em série quando forem percorridos pela mesma corrente, ou ainda: quando a corrente que percorrer qualquer um deles, também percorrer todos os demais. A tensão total da associação será obtida pela soma algébrica ordenada das tensões de cada bipolo da associação. C) - Associação Paralelo: “N” bipolos estarão associados em paralelo quando forem submetidos à mesma tensão, ou ainda: quando estiverem conectados entre os mesmos pontos. A corrente total da associação será obtida pela soma algébrica das correntes de cada bipolo da associação. 0)t(v n 1j j (numa Malha) v (t)1 v (t)2 v (t)3 v ( t) 4 v (t)5 + CIRCUITOS ELÉT RICOS 1 ; PROF MASSIMO ARGENTO ED. 2017 - 4 - ASSOCIAÇÃO GRÁFICA DE BIPOLOS: A partir das definições acima, podem ser executadas inclusive graficamente associações série - paralelo de bipolos quaisquer uma vez conhecidas as suas curvas característ icas. De fato, considerando-se que associações em série possuem a mesma corrente, e que associações em paralelo possuem a mesma tensão, teremos por exemplo: a)- Bipolo “B1” e respectiva curva característica b)- Bipolo “B2” e respectiva curva característica Note então na associação que é proposta, as características de cada bipolo em relação à associação: Igualdade de correntes e soma de tensões : 21 21 vvv iii A curva caracterist ica do bipolo resultante da associação proposta poderá ser obtida da seguinte forma: Para a obtenção da curva característica da associação em paralelo dos dois bipolos, procedemos de maneira análoga, i . é: Consideramos pontos de mesma tensão e obtemos a corrente da associação através da soma das correntes dos bipolos. v i 2 41 = 3B1 B2 i1 i2 v1 v2 v1 i1 v2 i2 v = v + 1 2v i = = i i1 2 1 2 i1 v1 B1 v1 i1 4 3 i2 v2 B2 v2 i2 v i 2 4 1 = 3 B1 B2Associação Proposta: v i 2 4 1 = 3 B1 B2 CIRCUITOS ELÉT RICOS 1 ; PROF MASSIMO ARGENTO ED. 2017 - 5 - EXERCICIOS DE APLICAÇÃO: a) SUPONDO CONHECIDAS AS CURVAS CARACTERISTICAS EXERCICIOS PROPOSTOS: 1º) Sendo fornecidas as curvas características dos bipolos “A” e “B” conforme convenção indicada, pede-se determinar: 1.a) A equação, e a curva característica de cada bipolo conforme convenção indicada; SOLUÇÃO: Vamos inicialmente determinar a equação característica de cada bipolo, levando em consideração as equações de reta ; teremos: Bip. “A” : bi 3 6v AA ; se: iA = 1 vA = 8 b = 10 vA = -2iA + 10 Bip. “B” : bi 2 4v BB ; se: iB = -1 vB = 7 b = 9 vB = 2iB + 9 1.b) A equação, e a curva característica de cada associação pedida , conforme convenção indicada; ASSOCIAÇÕES PEDIDAS: SOLUÇÃO: Note inicialmente a comparação das características dos bipolos com as caracterist icas da associação pedida: 1 2 iA(A) v (V)A AvA 3 4 iB(A) iB vB(V) B vB 8 4 2 1 7 3 -1-3 iA e: A B A B a) b) v v i i1 = 3 2 = 3 2 4 1 4 CIRCUITOS ELÉT RICOS 1 ; PROF MASSIMO ARGENTO ED. 2017 - 6 - AB BA vvv iii teremos então: v = ( 2iB + 9 ) – (–2iA + 10) v = 4i – 1 BA BA vvv iii teremos : v = – (–2iA + 10) – (2iB + 9 ) = – (–2i + 10) – (–2i + 9 ) v = 4i - 19 1.c) supondo-se uma tensão v = 11V aplicada nas associações, determine a tensão em cada bipolo para cada caso Para a associação a) teremos: 11 = 4i – 1 i = 3A ; iA = 3A e iB = 3A vA = -2(3) + 10 vA = 4V ; vB = 2(3) + 9 vb = 15V ; Note de fato: Para a associação b) teremos: 11 = 4i – 19 i = 7,5A ; iA = 7,5A e iB = –7,5A vA = – 2(7,5) + 10 vA = – 5V ; vB = 2(–7,5) + 9 vb = – 6V; Note de fato: OBS: Note que em ambos os exercícios tivemos igualdade de correntes e soma de tensões! A B v i 1 = 3 2 4 vA iA vB iB Associação a) : A B v i 2 = 3 1 4 vA iA vB iB Associação b) : A B 1 = 3 2 4 4V 15V 11V Associ ação a) : 3A 3A 3A A B2=31 4Associ ação b) : 6V 11V 5V 7,5A 7,5A -7,5A CIRCUITOS ELÉT RICOS 1 ; PROF MASSIMO ARGENTO ED. 2017 - 7 - 2º) Sendo fornecidas as curvas características dos bipolos “A” e “B” conforme convenção indicada, pede-se determinar: 2.a) A equação, e a curva característica de cada bipolo conforme convenção indicada; SOLUÇÃO: Vamos inicialmente determinar a equação característica de cada bipolo, levando em consideração as equações de reta ; teremos: Bip. “A” : bi 3 4v AA ; Se: iA = -1 vA = 2 3 2b 3 2i 3 4v AA Bip. “B” : bv 7 3i BB ; Se vB = 0 iB = 3 b = 3 3v7 3i BB 2.b) A equação, e a curva característica da associação pedida , conforme convenção indicada; Determine a corrente em cada bipolo supondo-se a corrente da associação: i = 2A ASSOCIAÇÃO PEDIDA: Note que o problema agora consiste em igualdade de tensões e soma de correntes! De fato, comparando as características de cada bipolo com a associação pedida, teremos: BA BABA vvv iiiiii 1 2 iA(A) v (V)A AvA 3 4 iB(A) iB vB(V) B vB 6 -4 2 -1 7 3 iA e: 1 3 2 4 i vA BA 1 3 2 4 i vA i A B vA iA vB iB CIRCUITOS ELÉT RICOS 1 ; PROF MASSIMO ARGENTO ED. 2017 - 8 - Da equação do bipolo “A”: 2 1 4 v3ii42v32i4v3 3 2i 3 4v AAAAAAAA Da equação do bipolo “B”: 3 7 v3i BB ; portanto teremos: 2 61 28 v12v213 7 v3 2 1 4 v33 7 v3 2 1 4 v3i BA 2 5 28 9vi ; se i = 2A teremos: v14v;v14vv14v 28 v9 2 9 28 v9 2 52 2 5 28 9v2 BA A11 4 242 2 1 4 )14(3iA ; A93 7 423 7 )14(3iB De fato: 2.c) A equação, e a curva característica da associação pedida , conforme convenção indicada; Determine a corrente em cada bipolo supondo-se a corrente da associação: i = 1A ASSOCIAÇÃO PEDIDA: Note que o problema continua em igualdade de tensões e soma de correntes! Comparando as características de cada bipolo com a associação pedida, teremos: 1 32 4 i vA BB 1 3 2 4 A BB14V14V 14V I 11A 2A 9A CIRCUITOS ELÉT RICOS 1 ; PROF MASSIMO ARGENTO ED. 2017 - 9 - BA BABA vvv )ii(i0iii Da equação do bipolo “A”: 2 1 4 v3i AA Da equação do bipolo “B”: 3 7 v3i BB ; portanto teremos: 2 61 28 v12v213 7 v3 2 1 4 v33 7 v3 2 1 4 v3i BA 2 7 28 9vi ; se i = 1A teremos: v14v;v14vv14v 28 v9 2 9 28 v9 2 71 2 7 28 9v1 BA A10 4 242 2 1 4 )14(3iA ; A93 7 423 7 )14(3iB De fato: 1 32 4 i v A BB iA vA iB vB 1 32 4 A BB 14V I 14V -14V 1A -10A 9A CIRCUITOS ELÉT RICOS 1 ; PROF MASSIMO ARGENTO ED. 2017 - 10 - b) RESOLUÇÃO DE EXERCICIOS A PARTIR DA OBTENÇÃO DAS CURVAS CARACTERISTICAS DOS CIRCUITOS DEFINIÇÕES PRELIMINARES 1) Gerador de Tensão: Bipolo que mantem uma determinada tensão entre os seus terminais, seja qual for a sua corrente. O gerador de tensão pode ser ativo ou passivo , dependendo da sua condição no circuito: 2) Gerador de Corrente: Bipolo que impõe uma determinada corrente entre os seus terminais, seja qual for a sua tensão. O gerador de corrente pode ser ativo ou passivo , dependendo da sua condição no circuito: 3) Resistor: Bipolo que fundamentalmente passivo, cuja tensão é diretamente proporcional à corrente que o atravessa (obedece à Lei de Ohm): + - I V + - I V a) Gerador de Tensão funcionando como Bipol o Ativo b) Gerador de Tensão funcionando como Bipolo Passivo IV IV a) Gerador de Corrente funcionando como Bipol o Ativo b) Gerador de Corrente funcionando como Bipolo Passivo V I R = VI I = V R V = R .I I CIRCUITOS ELÉT RICOS 1 ; PROF MASSIMO ARGENTO ED. 2017 - 11 - EXERCICIOS PROPOSTOS: a) Determinar a equação característica da associação de bipolos do circuito ao lado: Poderemos entender o circuito proposto como sendo a associação em paralelo de dois circuitos mais simples ou seja: E ainda interpretaremos cada bipolo como sendo: Nestas condições passemos ao levantamento da curva característica de cada bipolo, para em seguida executarmos a associação dos mesmos; teremos então: Bipolo 1) : v1 = 6 - 6.i1 Bipolo 2): 2 = 22 i3 v + - 6 6V i v2A 3 + - 1 2 3 4 + - 3 4 += 1 2 + - 1 2 i1 v1 6 6V 32A i v 6 6V 32A i2 v2 1 31 2 42 i2 i1 i2 v2v1 v2 + - 2A 3 4 E: B1 B2 6 6V 3 i1 v1 B1 B2 + - + - 1 2 i1 v1 6 6V 6.i1 3 4 32A i2 v2 3 v2 CIRCUITOS ELÉT RICOS 1 ; PROF MASSIMO ARGENTO ED. 2017 - 12 - Podemos ainda entender a associação inicialmente proposta como sendo: Donde: 21 21 iii :e;vvv Pelo Bipolo 1 : 6 v1iv6i6i66v 111111 ; Pelo Bipolo 2 : i2 = 2 - 3 v2 ; sendo i = i1 + i2 e ainda v = v1 = v2 , teremos: 6 v2v3i 3 v2 6 v1i 21 2 v3i ( EQUAÇÃO CARACTERISTICA DO CIRCUITO INICIALMENTE PROPOSTO ) b) Supondo-se uma corrente i = 1A na associação , determine as correntes i1 e i2 de forma analítica e em seguida comprove os resultados no circuito Sendo i = 1A , teremos: V4v 2 v31 ; donde: v1 = v2 = 4V Ainda: A 3 1 6 2 6 41 6 v1i 11 e : A3 2 3 42 3 v2i 22 No circuito teremos: 1 3 2 4 i v BB2 i1 v1 i2 v2BB1 + - 3 4 6 6V 3 2A 4V 2V i = 1 13 A 4 3 A 2 3 Ai =2 v = 4V I i = 1A 4V CIRCUITOSELÉT RICOS 1 ; PROF MASSIMO ARGENTO ED. 2017 - 13 - 2) Sendo dados os bipolos abaixo, com as convenções indicadas, pede-se: a) Determine a equação característica de cada bipolo, conforme convenção indicada; SOLUÇÃO: Para B1 : 11 i312v 43 vi 11 Para B2 : 12 vi1 22 12 v1i 22 22 i1212v Para B3 : 6 v1i 33 6i6v 33 b) Determine a equação característica da associação abaixo e determine a tensão em cada bipolo, supondo-se uma tensão de 48V na associação: SOLUÇÃO: Observe como podemos concluir a sentença da associação, em função das característ icas de cada bipolo: 11 22 i1 i1 i2 i3 i3i2 v1 v1 v2 v3 v3 + - 1A 1A 3 3 4 4 B1 3 12V 12; 5 5 6 6 6;v2 B2 B3 B1 B2 B31 2 = 4 3 = 6 5 i v B1 B2 B31 2 = 4 3 = 6 5 i v1 v2 v3 i3i2 i1 v CIRCUITOS ELÉT RICOS 1 ; PROF MASSIMO ARGENTO ED. 2017 - 14 - 1 2 i1 v1 B1 4 3 i2 i3 v2 B2 6 v3 B3 v i 5 Donde concluiremos que: 321 321 iiii vvvv Logo: v = (12 + 3i1) - (12 - 12i2) - ( 6i3 - 6 ) ; substituindo i1 , i2 e i3 : v = (12 - 3i) - (12 + 12i) - ( 6i - 6 ) i216v 21 v 7 2i se: v = 48 A2 21 486 21 48 7 2i ; i1 = 2A ; i2 = 2A ; i3 = - 2A v1 = 12 + 3(2) v1 = 18V ; v2 = 12 – 12(2) v2 = -12V ; v3 = 6(-2)- 6 v3 = - 18V COMPROVAÇÃO: c) Determine a equação característica da associação ao lado; determine a corrente em cada bipolo, supondo-se uma corrente de 13A na associação: SOLUÇÃO: Observe ao lado como podemos concluir a sentença da associação, em função das características de cada bipolo: 5 1 2 = 4 + -3 12V 12 3 = 66V2A 2A2A 1A 1A 12V 2A2A 1A 63A 18V 2A2A 48V 1 2 B1 4 3 B2 6 B3 v i 5 CIRCUITOS ELÉT RICOS 1 ; PROF MASSIMO ARGENTO ED. 2017 - 15 - Donde concluiremos que: 321 321 iiii :e vvvv logo: )()()( 6 v1 12 v14 3 vi 321 ; substi tuindo v1 , v2 e v3 : )()()( 6 v 1 12 v 14 3 vi 12 v76i 7 72 7 i12v se i = 13A 7 84 7 7213x12v = 12V ; v1 = -12V ; v2 = -12V ; v3 = 12V 4 3 )12(i1 i1 = -8A ; 12 )12(1i2 i2 = 2A ; 6 121i3 i3 = 3A COMPROVAÇÃO: 1 2 3 12V12 8A 12V 12V 12V 24V 13A 5A 1A 1A 2A 3A 4 5 6 2A 1A 3 6 3A CIRCUITOS ELÉT RICOS 1 ; PROF MASSIMO ARGENTO ED. 2017 - 16 - CAPÍTULO II: 1) DEFINIÇÕES FUNDAMENTAIS E LEIS DE KIRCHOFF 2) ASSOCIAÇÃO DE RESISTORES SÉRIE /PARALELO 1 -DEFINIÇÕES FUNDAMENTAIS : para o estudo correto do funcionamento dos circuitos elétricos, torna-se muito conveniente a compreensão e o aprendizado rigoroso das definições (algumas delas já vistas) que veremos a seguir: a) bipolo elétrico: qualquer dispositivo elétrico que possua dois terminais acessíveis; b) bipolos at ivos: um bipolo será dito ativo, quando estiver fornecendo energia: ou ainda, quando chegarmos à conclusão que os seus sentidos de tensão e de corrente são concordantes; c) bipolos passivos: um bipolo elétrico será dito passivo, quando estiver recebendo energia; ou ainda, quando chegarmos a conclusão que os seus sentidos de tensão e de corrente são discordantes; d) Circuito elétrico: qualquer montagem executada com bipolos de forma a permitir a existência de uma corrente elétrica; e) Ponto elétrico: qualquer conjunto de condutores ideais que possuam o mesmo potencial, que pudermos definir em um circuito elétrico; (podemos ainda entender, como sendo ponto elétrico, qualquer caminho que possa ser realizado através de fios ideais interligados entre si em num circuito); f) Nó: qualquer conexão existente entre três ou mais condutores ideais em um circuito; Observação; Pelos i tens e) e f) podemos concluir que dois ou mais nós distintos, podem ser o mesmo ponto; notar que a recíproca não é verdadeira. g) Ramo: qualquer trecho com ou sem bipolo compreendido entre dois nós consecutivos de um circuito; h) Malha: qualquer contorno fechado, que pudermos definir dentro de um circuito, sem que se passe duas vezes por um mesmo ponto; i) Gerador de tensão contínua: bipolo que mantém uma tensão constante entre os seus terminais, seja qual for a corrente que por ele passa; note que um gerador de tensão pode ser um bipolo ativo ou passivo dependendo da conclusão da análise entre sentidos de tensão e corrente ( Veja a seguir): CIRCUITOS ELÉT RICOS 1 ; PROF MASSIMO ARGENTO ED. 2017 - 17 - a) Gerador de tensão b) Gerador de tensão funcionando como funcionando como bipolo ativo: bipolo passivo: j) Gerador de corrente contínua: bipolo que mantém uma corrente constante entre os seus terminais, seja qual for a tensão sobre ele; da mesma forma anterior, observe que um gerador de corrente pode ser um bipolo ativo ou passivo dependendo da conclusão da análise entre sentidos de tensão e corrente (Veja abaixo ): a) Gerador de corrente b) Gerador de corrente funcionando como funcionando como bipolo ativo: bipolo passivo: para uma melhor compreensão de todas as definições dadas ilustramos abaixo um circuito elétrico qualquer: Imaginemos por hipótese que no circuito acima, por processos que veremos mais adiante, foram determinadas todas as correntes e tensões do mesmo: + - I V + - I V IV IV + + + + - - - - +- I1V1 V2 V3 V4 V5 V6 V7 V8 V9V10 V11 V12 V13 V14 V15 V16V17 V18 I2 I3 I4 I5 I6 I7 I8 I9 I10I11 A B C D E F G H K I3 CIRCUITOS ELÉT RICOS 1 ; PROF MASSIMO ARGENTO ED. 2017 - 18 - Notar que nos resistores , a tensão é essencialmente contrária à corrente, pois um resistor é um bipolo passivo (não existe um resistor capaz de fornecer energia elétrica num circuito) . Notar que a tensão dos geradores de tensão é sempre do terminal (-) para o terminal (+), independentemente da corrente que por ele passa; Notar que a corrente dos geradores de corrente é definida pelo próprio gerador, independentemente da tensão que está sobre ele aplicada; Observar que temos geradores que são ativos, e outros que são passivos Por exemplo o Gerador de corrente I2 é ativo; o Gerador de tensão V9 é ativo; o Gerador de corrente I8 é passivo; o Gerador de tensão V1 0 é passivo, e assim por diante; concluir que um gerador é ativo ou passivo, é possível somente após a determinação dos sentidos reais das correntes e das tensões em um circuito. Verificar que A, B, C e K são o mesmo ponto, embora B e K são Nós distintos. Observar que AB, BC, CD, BK, AH, etc. são ramos, embora os ramos AB, BK, BC sejam ramos particulares denominados de ramos em curto-circuito; Obs: A corrente de um ramo esempre a mesma em qualquer local do mesmo! O caminho definido pela seqüência de pontos ABKHA constitui uma malha; idem com o caminho HKFGH; o caminho ABCDEFKHA também é uma malha; Idem com o caminho ABCDEFGHA (Malha externa); observar que em todos os exemplos dados, o ponto de partida é igual ao ponto de chegada. caminho ABKFEDKHA não constitui uma malha (pois passa duas vezes pelo ponto K); mas sim duas malhas ou seja: a malha ABKHA e a malha EDKFE. LEIS DE KIRCHOFF: uma ferramenta extremamente poderosa no estudo dos circuitos elétricos consiste no conhecimento das Leis de Kirchoff; As mesmas são duas, uma aplicada, aos nós, e outra aplicada às malhas; ou seja: a) Lei dos Nós ou Lei das Correntes: Esta Lei, unicamente aplicável aos Nós, afirma que a soma algébrica das correntes que entram num nó é igual a zero; ou ainda se melhor interpretada nos diz que a soma das correntes que entram num nó, é igual à soma das correntes que saem do nó. Retomando a título de exemplo o circuito da página anterior teremos: Nó K: I5 + I4 + I7 + I8 - I6 = 0 I5 + I4 + I7 + I8 = I6 Nó F: I6 - I3 - I9 = 0 I6 = I3 + I9 Nó D: I1 0 - I7 - I1 1 = 0 I1 0 = I7 + I1 1 , etc. CIRCUITOS ELÉT RICOS 1 ; PROF MASSIMO ARGENTO ED. 2017 - 19 - b) Lei das Malhas (Ou Lei das Tensões): esta lei, unicamente aplicável às malhas nos afirma que a soma algébrica das tensões ao longo de uma malha qualquer do circuito é igual a zero; no circuito da página anterior tem-se por exemplo: a) Malha ABHA (No sentido proposto): V2 - V3 - V1 = 0 b) Malha KHGFK : V4 + V5 + V6 + V7 + V8 - V9 + V1 0 + V1 1 = 0 O que acabamos de executar também denomina-se de circuitação das malhas. RESUMO DAS LEIS DE KIRCHOFF a) Lei dos Nós: 0IIII0I n321K n 1K b) Lei das Malhas: 0VVVV0V n321K n 1K 2 - ASSOCIAÇÃO DE RESISTORES: a) Conceito de Resistor equivalente de uma associação qualquer: Sendo dada uma associação qualquer com n resistores ligados entre si de todas as formas possíveis e imagináveis, tomemos dois terminais desta associação; um resistor R e será dito equivalente desta associação, quando e somente quando, se submetido à mesma tensão da associação, também for percorrido pela mesma corrente total da associação, ou seja: Associação Qualquer: Resistor Equivalente: Re b) Conceito de Resistores em série: n Resistores serão ditos associados em série quando a corrente que percorrer qualquer um deles também percorrer todos os demais; ou ainda: n resistores serão ditos associados em série quando forem percorridos pela mesma corrente I V I V Re CIRCUITOS ELÉT RICOS 1 ; PROF MASSIMO ARGENTO ED. 2017 - 20 - c) Conceito de Resistores em Paralelo: n Resistores serão ditos associados em paralelo, quando a Tensão que estiver aplicada em qualquer um deles também estiver aplicada em todos os demais; ou ainda: n resistores serão ditos associados em paralelo quando estiverem ligados entre os mesmos pontos. Para melhor clareza dos conceitos que acabamos de expor, verifiquemos o circuito abaixo: R1 , R2 e R3 estão em série (Mesmo ramo: mesma corrente); R4 em série com R5 (Mesmo ramo: mesma corrente); R8 , R9 , R1 0 , R1 1 , R1 2 e R1 3 em paralelo (verifique que estão ligados entre os mesmos pontos); R6 em série com R7 (suponha uma corrente qualquer passando por R6 ; Quando a mesma chegar no nó A irá se repart ir; entretanto a mesma corrente será reconstituída no nó B, concluindo-se portanto que a mesma corrente que passa por R6 irá passar por R7). Resistor equivalente de uma associação série : Imaginemos uma associação de n resistores em série ; ou seja: Imaginemos também o resistor equivalente desta associação, RS a partir do conceito inicialmente exposto de equivalência ou seja: + - V3 I I V1 R3 R2 R1 A R4 R5 R6 R7 R8 + + - - V2 R9 R10 R11 R12 R13 A A AB B B B R1 V = R .I1 1 V = R .I3 3 R2 R3 RnI I V = Tensão da associação I = Corrente da Associação I V = R .In n Associação em Série RSI I V = Tensão da associação I = Corrente da Associação I CIRCUITOS ELÉT RICOS 1 ; PROF MASSIMO ARGENTO ED. 2017 - 21 - Notemos que: 1) A corrente que percorre R1 , R2 . . . . . Rn é a mesma (definição de série) e ainda igual à corrente que percorre o resistor equivalente R s . 2) As tensões: V1 , V2 , . . . . Vn não são necessariamente iguais entre si; poderão ser eventualmente iguais se os resistores: R1 , R2 . . . . . Rn forem iguais. 3) Analisando a associação verificamos que: V = V1 + V2 + V3 + V4 + . . . . + Vn (Lei das Malhas); entretanto considerando que: V1 = R1 . I; V2 = R2 . I; . . . ; Vn = Rn . I , e ainda que no resistor equivalente temos que: V = R s . I; concluímos que: R s . I = R1 . I + R2 . I + R3 . I + . . . + Rn . I ; ou ainda: R s . I = ( R1 + R2 + R3 + . . . + Rn ) . I ; portanto conclui-se que o resistor equivalente de uma associação série de n resistores é dado por: R s = R1 + R2 + R3 + . . . + Rn Resistor equivalente de uma associação em paralelo : Imaginemos uma associação de n resistores em paralelo ; ou seja: imaginemos também o resistor equivalente desta associação Rp , a partir do mesmo conceito inicialmente exposto de equivalência, ou seja: V = Tensão da Associação VRP I = Corrente da Associação CIRCUITOS ELÉT RICOS 1 ; PROF MASSIMO ARGENTO ED. 2017 - 22 - Notemos então que: 1) A Tensão que é aplicada em R1 , R2 , . . . . Rn é a mesma ; (definição de paralelo), e ainda igual à tensão que é aplicada no resistor equivalente Rp . 2) As correntes I1 , I2 . . . In não são necessariamente iguais entre si; poderão ser eventualmente iguais se os resistores R1 , R2 . . . . Rn forem iguais. 3) Analisando a associação pode-se verificar que: I = I1 + I2 + . . . + In ( Lei dos Nós) ; mas considerando que: n n 3 3 2 2 1 1 R VI;; R VI; R VI; R VI ; e ainda analisando o resistor equivalente RP temos que: PR VI ; portanto concluímos que: n21Pn21P R 1 R 1 R 1VR V R V R V R V R V Donde concluímos que o resistor equivalente de uma associação em paralelo de n resistores será dado por: n321P R 1 R 1 R 1 R 1 R 1 PARTICULARIZAÇÕES: a) Associação de dois resistores em Paralelo: Imaginemos dois resistores associados em paralelo, e o seu resistor equivalente; teremos: amoS otudorP RR RRR RR RR R 1 R 1 R 1 R 1 21 21 P 21 12 P21P R2R1 A B RP A B CIRCUITOS ELÉT RICOS 1 ; PROF MASSIMO ARGENTO ED. 2017 - 23 - Exemplos: 1) 6 //3 2 9 18 36 36R P ; 2) 10 //15 6 25 150 5101 5101RP b) Associação de dois resistores sendo um deles múltiplo do outro: Imaginemos dois resistores associados em paralelo, de tal forma que um deles vale R e o outro vale: n R : 1n RRR n1 R 1 R n R 1 R 1 P PP Exemplos: 1) 12 //4 3 13 12 3 12//12 ; 2) 18 //9 612 18 2 18//18 c) Utilização do conceito de condutância (G); As vezes, dependendo do problema considerado torna-se conveniente o uso do seguinte conceito: Definimos a condutância G de um resistor qualquer como sendo: )Siemens(S1Ohm1G:onde;R1G ; (no sistema MKS) A condutância de um resistor é então definida matematicamente como sendo o inverso da resistência, e fisicamente traduz a facilidade à passagem da corrente oferecida pelo resistor. Nestas condições se lembrarmos que a resistência equivalente RP, de uma associação em paralelo de n resistores é dada por: n321P R 1 R 1 R 1 R 1 R 1 Se pensarmos em termos de condutância para a expressão acima teremos: GP = G1 + G2 + G3 + . . . . + Gn Ou seja: “condutâncias em paralelo, são associadas como se fossem resistores em série”. RR n A B RP A B CIRCUITOS ELÉT RICOS 1 ; PROF MASSIMO ARGENTO ED. 2017 - 24 - Exemplo: Seja calcular o Resistor equivalente paralelo da associação abaixo: Se utilizarmos a condutância de cada resistor teremos: Donde a condutância equivalente será dada por: 467,014,2 1R14,2R 1S14,2104,05,01,02,025,005,0G P P EQ NOTAS IMPORTANTES FINAIS: a) Observe que associações série - paralelo são duais, isto é: tudo o que é válido em termos de tensão em uma delas, é válido em termos de corrente na outra e vice-versa. b) Numa associação em série o elemento chave que deve ser mantido é a corrente; numa associação em paralelo o elemento chave a ser mantido é a tensão. 20 1054 2 25 1 A B 0,05S 0,1S0,2S0,25S 0,5S A B 0,04S 1S CIRCUITOS ELÉT RICOS 1 ; PROF MASSIMO ARGENTO ED. 2017 - 25 - EXERCÍCIOS DO CAPÍTULO II 10) Para o circuito abaixo, sendo conhecidas as correntes indicadas, pede-se determinar V1 e V2 através da util ização das Leis de Kirchoff, e da Lei de Ohm, e ainda caracterizar V1 e V2 em termos de bipolo ativo ou passivo. Respostas: V1 = 30V (Bipolo Ativo) ; V2 = -7V (Bipolo Ativo) 20) Dado o circuito abaixo, empregando os mesmos conceitos do exercício 1) determine: a) Uma possível caracterização do bipolo B; b) os valores de R1 e R2 ; c) determinar a potência fornecida ou recebida pelo gerador de 3V. Respostas: a) O Bipolo B, pode ser um gerador de Tensão ou de Corrente com 0,5V de tensão, funcionado como bipolo passivo, e recebendo a potência de 1,0W ou ainda pode ser um resistor de 0,25 ; b) R1 = 3,5 ; R2 = 1 ; c) O gerador de 3V recebe 6W de potência (bipolo passivo) 30) Para o circuito a seguir, levando em conta os mesmos conceitos anteriormente citados determine o valor de todas as correntes e tensões nos resistores, bem como o valor da tensão V, a partir do conhecimento da corrente I = 1A. Determine ainda a valor da Resistência Equivalente REQ vista pelo gerador (vista entre os pontos A e B) 4A 1A + - + + - - 3 2 2 3 14 1 2 V1 V2 + - + - R1 0,5 B R2 1A 1A 3A CIRCUITOS ELÉT RICOS 1 ; PROF MASSIMO ARGENTO ED. 2017 - 26 - Respostas: V = 72V; RE Q = 8 40) Determine o valor do resistor equivalente das associações abaixo entre os pontos A e B. Respostas: a): 4,0 ; b) : 1,2 ; c) 1,0 ; d): 1,0 50) Determine o valor do resistor equivalente da associação abaixo entre os pontos A e B. Resposta: 6 - V A B + 3 3 3 1 11 2 222 515 I =1A A B 12 12 30 20 4 10 A B 12 8 4 6 2a) A B 4 2 6 12 12 c) 4 2 3 6 20 30 B A A B 5 10 2 2 21 3 31 108 CIRCUITOS ELÉT RICOS 1 ; PROF MASSIMO ARGENTO ED. 2017 - 27 - 60) No exercício abaixo, sabendo-se que o valor da Resistência equivalente vista entre os pontos A e B é de: 8 153 , determine o valor de R. Resposta: R = 7 EXTRAS: 1) Determine o valor da resistência equivalente entre os pontos A e B na montagem ao lado, que se trata de um “cubo” cujas arestas se constituem de resistores exatamente iguais entre si, cada um deles sendo de 30 . Dica: Pense no conceito de Resistor Equivalente de uma associação qualquer , visto na pag. 21 Resposta: RAB = 25 2) O esquema abaixo, representa uma composição de um número muito grande (infinitamente grande ) de células resist ivas iguais; Nestas condições determine o valor da resistência equivalente vista entre os pontos A e B em função de R Resposta: 51RR AB A B R R R R R R R R R R R R I I R R R R R R R R R RR R A B A B R R R R 2R R 2R 2R 2R R R R
Compartilhar