Apresentação circuitos elétricos

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UNIJUÍ - Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul
DCEEng – Departamento de Ciências Exatas e Engenharias 
EGC | EGM | EGQ | MAT Disciplina: FÍSICA III
CIRCUITOS ELÉTRICOS
CIRCUITOS ELÉTRICOS
Circuitos Elétricos
1. Noções de Circuitos Elétricos
Ao colocar um aparelho elétrico em funcionamento estamos fechando um
circuito elétrico. Este circuito é constituído de aparelho elétrico, fonte
de energia elétrica e fios de ligação que conectam adequadamente um
ao outro.
A principal função dos fios de ligação em um circuito elétrico é delimitar
o caminho pelo qual a energia elétrica será fornecida da fonte até o
equipamento elétrico. Quando a energia da fonte está sendo utilizada
pelo aparelho, dizemos que o circuito está fechado e, nesta situação,
haverá um deslocamento de elétrons, ou seja, haverá uma corrente
elétrica em virtude de haver uma diferença de potencial (tensão) entre
as extremidades desta fonte e da resistência elétrica do aparelho.
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Circuitos Elétricos
Se ligarmos uma lanterna e sua lâmpada acende, o seu circuito elétrico,
constituído de filamento da lâmpada e seus pontos de contato, fios de
ligação cujas extremidades são conectadas aos dois terminais da pilha,
está fechado. Desse modo, a energia química da pilha, transformada em
energia elétrica, é utilizada pela lâmpada.
O mesmo se dá quando
acendemos uma lâmpada ou
ligamos um chuveiro, só que
nestes casos, a fonte está longe e
é de uso coletivo: é a usina
Circuitos Elétricos
Para facilitar o manuseio, os circuitos elétricos contêm
um elemento que é o interruptor. Nos aparelhos
elétricos o interruptor é o botão liga-desliga.
Para obtermos a mesma tensão, 220 Volts,
por exemplo, em todas as tomadas da nossa
casa, as mesmas devem ser instaladas
corretamente no circuito.
Já no circuito elétrico residencial existem vários locais
onde ele pode ser interrompido, tais como: chaves,
disjuntores, tomadas, plugues, soquetes onde são
rosqueadas as lâmpadas, dentre outros.
Estes dispositivos para realizarem a função pela qual
estão inseridos no circuito, devem ser instalados
corretamente.
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Circuitos Elétricos
Quando parte do nosso corpo fizer parte de um circuito elétrico, é bem
provável que tomaremos um choque elétrico, se o circuito estiver
fechado e dele fizer parte uma fonte de energia elétrica. Nesse caso,
nesse trecho do nosso corpo, há também corrente elétrica e,
dependendo de sua intensidade, os efeitos podem ser muito graves.
Um pedaço de nosso corpo que pode
ser parte de um circuito elétrico a
região formada pelo dedo polegar e o
dedo indicador, quando estamos
mexendo num aparelho ou mesmo
numa parte da instalação. Outras
vezes o pedaço do nosso corpo que
faz parte do circuito elétrico envolve a
mão e vai até o pé, conforme indica a
figura 37. Essa é a situação que
corresponde ao choque tomado
quando vamos ligar ou desligar o
chuveiro, por exemplo. Fig. 37 – Choque elétrico
Circuitos Elétricos
Se o trecho do nosso corpo que faz
parte do circuito elétrico envolve as
duas mãos, o risco é maior que nas
situações anteriores. Isto porque a
corrente elétrica passa diretamente
pelo coração (figura 38).
Dependendo de sua intensidade,
pode provocar até fibrilação
ventricular, o que pode levar à
morte em poucos minutos.
Fig. 38 – Choque elétrico
Portanto, neste momento da disciplina de Física III vamos estudar a
constituição de um circuito elétrico, o comportamento das grandezas
elétricas nos diversos tipos de circuitos, cuidados com as instalações
elétricas e as relações dos circuitos elétricos com a sua futura
profissão.
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Circuitos Elétricos
2. Tipos de Ligação
Através do funcionamento das lâmpadas e aparelhos elétricos de uma
residência, é possível perceber que as suas ligações são independentes.
Isto é, se a lâmpada da sala queimar ou for desligada, não interfere no
funcionamento de outras lâmpadas ou aparelho que estiver funcionando.
Nesta situação, os aparelhos são ligados de forma que tenham a mesma
tensão. A esse tipo de ligação chamamos de ligação em paralelo.
Circuitos Elétricos
Uma maneira de ligar os aparelhos elétricos é chamada de ligação em
série. Nesse caso, uma lâmpada ou aparelho depende do
funcionamento dos demais. Se um aparelho for desligado por qualquer
motivo, o circuito fica aberto, impedindo o funcionamento dos outros,
pois, impede a passagem da corrente. Portanto, esse tipo de ligação é
utilizado na instalação de dispositivos para ligar e desligar lâmpadas e
circuitos.
3. Circuitos Elétricos
3.1 Elementos básicos
Fonte Geradora
Fonte consumidora
Condutores
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Circuitos Elétricos
3.2 Circuito Aberto
- Não circulação de corrente elétrica.
- O circuito pode estar energizado ou não
(fonte geradora com carga ou não).
3.3 Circuito Fechado
- Há circulação de corrente elétrica.
- Há transformação de energia.
- O circuito estará obrigatoriamente
energizado.
Circuitos Elétricos
4 TIPOS DE CIRCUITOS
4.1 Circuito Série
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Circuitos Elétricos
Características
A corrente elétrica (I) possui um caminho único e, consequentemente,
um único valor.
It = I1 = I2 = I3 = In
Com a passagem da corrente elétrica em cada componente
(resistência) do circuito, percebe-se uma queda de tensão em cada um
desses componentes. Assim, havendo um valor de tensão em cada
componente e, consequentemente, a soma dessas tensões será a
tensão total aplicada ao circuito.
Ut = U1 + U2 + U3 + Un
A resistência equivalente (Req) é a soma das resistências de cada um
dos elementos do circuito.
Req = R1 + R2 + R3 + Rn
Circuitos Elétricos
No caso de lâmpadas, queimando uma
delas, todas apagarão.
Em instalações elétricas de casas, as
lâmpadas são instaladas de forma tal
que, se uma delas queimar as demais
continuam funcionando.
Logo, elas não são instaladas em série. Mas, para ser possível ligar e
desligar cada uma delas é instalado um equipamento em série com a
mesma a fim de permitir liga-la e desliga-la quando desejarmos chamado
de interruptor.
N
F
fase
retorno
neutro
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Circuitos Elétricos
Circuitos Elétricos
Exemplo 1
Para o circuito ao lado determine:
a) a corrente elétrica em cada
resistência
b) a tensão em cada resistência
c) a potência total do circuito
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Circuitos Elétricos
Exemplo 2
Para o circuito ao lado determine:
a) a tensão em cada resistência;
b) a potência total do circuito.
Circuitos Elétricos
4.2 Circuito paralelo
Ut
It
I1 I2 I3
R1 R2 R3
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Circuitos Elétricos
Características
n21 R
1
...
R
1
R
1
1
eqR


A corrente elétrica em cada componente do circuito depende da
resistência do mesmo. Logo, a corrente total é a soma das correntes
em cada um dos componentes do circuito:
It = I1 + I2 + I3 + In
A tensão é igual para ambos componentes do circuito.
Ut = U1 = U2 = U3 = Un
A resistência equivalente (Req) é o inverso da soma dos inversos das
resistências dos componentes.
Circuitos Elétricos
No caso de lâmpadas, se uma delas queimar, as demais permanecem
ligadas, apenas diminuindo a corrente total.
Quando resistências são associadas em paralelo, a resistência
equivalente é sempre menor que a de cada uma das resistências
independentes, visto que a adição de cada resistência aumenta a seção
transversal do trajeto à disposição da corrente e, deste modo, diminui a
resistência à sua passagem.
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Circuitos Elétricos
Exemplo 3
Para o circuito ao lado
determine:
a) a tensão em cada resistência
b) a corrente elétrica em cada
resistência
c) a potência total do circuito
Circuitos ElétricosExemplo 4
No circuito ao lado, a corrente
em R2 é 1,5A. Determine:
a) a tensão total aplicada ao
circuito
b) a potência total do circuito
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Circuitos Elétricos
4.3 Circuito misto
A associação mista de resistências ou componentes elétricos em um
circuito é comum em muitos circuitos. Em uma casa, já sabemos que o
interruptor é ligado em série com a lâmpada para ter a função de ligar e
desligar o circuito. As lâmpadas (e todos os eletrodomésticos), para
possuírem um funcionamento adequado, necessitam de um mesmo valor
de tensão logo, são ligados em paralelo. Quando possuímos duas
lâmpadas ligadas e um único interruptor para liga-las temos então uma
associação mista de componentes, ou seja, as lâmpadas são ligadas em
paralelo para ter o mesmo valor de tensão e o interruptor em série com as
duas lâmpadas para ligar e desligar. Veja o desenho abaixo.
Circuitos Elétricos
Exemplo 5
Dado circuito ao lado, determine a resistência equivalente dos
circuitos abaixo.
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Circuitos Elétricos
Exemplo 6
Dado circuito ao lado, determine:
a) a resistência equivalente
b) a tensão e a corrente em cada
componente do circuito
Circuitos Elétricos
5 INSTRUMENTOS DE MEDIÇÃO DE GRANGEZAS ELÉTRICAS
5.1 Instrumento de medida da corrente elétrica
O instrumento usado para medir a corrente elétrica é o amperímetro e é
sempre conectado em série com o elemento do circuito (ou ponto do
circuito) aonde se deseja verificar o valor da corrente.
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Circuitos Elétricos
5.2 Voltímetro
A tensão são sempre é medida por meio de um voltímetro. O voltímetro
precisa ser ligado através ou entre os fios cuja diferença de potencial se
quer conhecer, ou seja, em paralelo.
Circuitos Elétricos
5.3 Ohmímetro
O valor da resistência elétrica de uma
lâmpada ou outro equipamento qualquer de
um circuito são realizadas com o
ohmímetro. O ohmímetro deve ser ligado
em paralelo com o componente do circuito,
porém, o mesmo deve ser retirado do
circuito ou o mesmo deve estar desligado.
Isso se deve pelas peculiaridades de
funcionamento do medidor de resistência,
para a segurança do usuário e
confiabilidade na medição.
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Circuitos Elétricos
6 APLICAÇÕES E ANÁLISES DE CIRCUITOS ELÉTRICOS
6.1 Curto-circuito
Em funcionamento normal, uma lâmpada ligada a uma tomada
está sob uma diferença de potencial que, por consequência, do valor
desta e sua resistência, circulará uma corrente elétrica que passa pelos
fios e o filamento da lâmpada. Se por algum motivo qualquer, como o
desgaste da isolação dos fios, houver um contato elétrico entre dois
pontos desses fios, uma nova corrente elétrica será estabelecida. Como
esse circuito é composto apenas por fios da ligação, sua resistência é
muito baixa, o que resulta em uma corrente muito elevada. Em virtude do
efeito Joule, há um considerável aumento de temperatura nesses fios,
que pode provocar efeitos desastrosos se não houver uma proteção
adequada para o circuito (disjuntor ou fusível). Quando isso ocorre,
dizemos que está havendo um curto-circuito no circuito em que está
ligada a lâmpada.
Circuitos Elétricos
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Circuitos Elétricos
Exemplo 7
O circuito abaixo está representando um circuito elétrico de extensão
em que está ligada uma lâmpada em funcionamento normal. A
resistência de cada um dos fios está indicada no circuito, bem como
a resistência da lâmpada.
Ocorrendo um curto-circuito na lâmpada, qual será o valor da
corrente de curto-circuito?
Circuitos Elétricos
6.2 Queda de tensão
Como já foi estudado anteriormente, os condutores (fios e cabos)
utilizados nas instalações elétricas, por melhor condutibilidade que
possuam, apresentam um valor, muito pequeno, de resistência elétrica.
Desta forma, a tensão verificada na fonte de energia elétrica não é
exatamente a mesma tensão que verifica-se na carga ligada à esta fonte.
Este situação é denominada de queda de tensão. Os valores de queda
de tensão devem ser minimizados pois os aparelhos elétricos suportam
uma variação de tensão limitada para proporcionar um funcionamento
adequado. O esquema abaixo representa as quedas de tensão
admissíveis nas instalações elétricas em baixa tensão (BT), conforme
NBR 5410.
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Circuitos Elétricos
Exemplo 8
O circuito abaixo representa um circuito de um motor ligado a uma
distância de 30 metros da caixa de medição em uma residência, aonde a
tensão medida é 220V. Determine:
a) a tensão no motor
b) a queda de tensão percentual
c) qual seria o valor da corrente de curto-circuito se o mesmo
acontecesse na metade da distância entre o motor e a caixa de medição.
%100x
U
UU
%U
f
cf 
Circuitos Elétricos
6.3 Resistência Interna
Toda fonte de tensão (pilha, bateria ou gerador) possui uma
pequena resistência interna que é em função das características
construtivas da mesma. Esta resistência interna influência no
funcionamento de um circuito elétrico de forma a não fornecer a tensão
total inicialmente prevista no invólucro de uma fonte de tensão.
Os pontos A e B, representam os terminais de uma bateria. A bateria é
representada por uma fonte de tensão (U) e uma resistência interna (r).
Logo, esta resistência interna está em série com a carga (R), ou seja, ou
seja, a tensão aplicada a carga não será a tensão nos pólos da bateria e
sim um valor de tensão um pouco menor devida a circulação da corrente
elétrica no circuito.
A B
A B
U
r
U
r
R I
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Circuitos Elétricos
Exemplo 9
A tensão nos pólos da bateria UAB = 12V, com resistência interna de 0,1
. Determinar a tensão na lâmpada com resistência igual a 5.
Exemplo 10
Considere o circuito do exemplo anterior, quando ligada mais uma
lâmpada idêntica em paralelo.
Circuitos Elétricos
Referências
BONADIMAN, Hélio. Eletricidade e eletromagnetismo: experimentos simples. Ijuí:
UNIJUI, 2007.
CREDER, Hélio. Instalações Elétricas- 13ª edição.Rio de janeiro.LTC.1997.
DAWES, Chester L. Curso de Eletrotécnica-vol 1.Porto Alegre.Globo.1977.
____ Curso de Eletrotécnica-vol.2.Porto Alegre.Globo.1977.
GREF - Grupo de Reelaboração do Ensino de Física Instituto de Física da USP.
Eletromagnetismo. Site oficial: www.if.usp.br/gref.
RESNICK, R.; HALLIDAY, D.; KRANE, D. Física 3. 4. ed. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e
Científicos, 1996.