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INTRODUÇÃO As leis de Kirchhoff são assim chamadas em homenagem ao físico alemão Gustav Robert Kirchhoff, figura 1, (1824-1887) e são baseadas no Princípio da Conservação de Energia e no Princípio de Quantidade de Carga. Figura 1. Gustav Robert Kirchhoff As Leis de Kirchhoff regem a associação de componentes num circuito. Ao contrário da Lei de Ohm, cujo âmbito é a resistência, as Leis de Kirchhoff baseia-se nas tensões e nas correntes que estabelecem as regras às quais devem respeitar as associações de componentes. A aplicação conjunta das Leis de Kirchhoff e de Ohm permite obter um conjunto de equações cuja resolução conduz aos valores das correntes e das tensões aos terminais dos componentes. OBJETIVO Quantificar valores de corrente e tensão em resistores de um circuito elétrico. Posteriormente complementar os estudos em comparação com a teoria, empregando as leis de Kirchhoff. TEORIA O método de resolução de circuitos elétricos por substituição de uma associação de resistores pela resistência equivalente não é capaz de solucionar, por exemplo, circuitos com mais de uma bateria, então se toma mão de um artifício, regras bastante simples, que são as Regras de Kirchhoff, aplicáveis a circuito de corrente contínua contendo baterias e resistores ligados de qualquer arranjo. O enunciado destas regras é feito a seguir: Regra 1) “ A soma algébrica dos aumentos e diminuições de potencial ao longo de qualquer malha fechada de qualquer circuito deve ser igual a zero”. Onde malha é um percurso fechado do circuito. Regra 2) “ Em qualquer ponto num circuito, onde há divisão da corrente, a soma das correntes que chegam ao ponto é igual à soma das correntes que deles saem”. É importante destacar que o primeiro passo para a utilização das regras de Kirchhoff é a Regras de Kirchhoff Guilherme Bettio Braga * * Departamento de Ciências Exatas, Universidade Federal de São João del Rei CEP 36301-160, São João del Rei/MG, Brasil As regras de Kirchhoff se baseiam em nós e malhas de um circuito elétrico, podendo soluciona-lo independentemente de seu arranjo. Esse experimento teve como intuito empregar as regras de Kirchhoff para calcular valores de corrente e diferença de potencial para um circuito proposto, comparando-os a valores experimentais. Como resultado foi observado uma discrepância considerável entre os valores; sendo justificado pela montagem do circuito elétrico. escolha do sentido para todas as correntes existentes no circuito. A regra 1 denominada regra das malhas, é consequência do fato de que tem um estado estacionário ou permanente, a diferença de potencial entre dois pontos se mantém e também que a variação de potencial ao longo de um “caminho” fechado é nulo, ou seja, o mesmo potencial é obtido ao se retornar ao ponto de partida. A regra 2, regra dos nós é consequência direta do princípio da conservação da carga elétrica. METODOLOGIA EXPERIMENTAL Material necessário: - fonte de tensão contínua: E1=3V, E2=2V - voltímetro ou multímetro - resistores R1= R2 = 33 Ώ e R3= 22 Ώ. - painel para as ligações - cabos para as conexões Procedimento: Com o auxílio de um voltímetro, mediram-se as resistências de todos os resistores e as tensões das fontes, e seus respectivos erros. Com os valores obtidos calculou-se, utilizando as leis de Kirchhoff, as correntes I1, I2 e I3., conforme representado na Figura 2. Em seguida, calcularam-se as diferenças de potencial U1, U2 e U3 nos resistores respectivos. Montou-se um circuito como mostrado na Figura 2 Figura 2. Circuito elétrico com três malhas: ABEFA, BCDEB e ABCDEFA e com dois nós: B e E. Depois de montado o circuito mediram-se as correntes e as diferenças de potencial em cada um dos resistores com suas respectivas incertezas. Compararam-se os resultados calculados pelas regras de Kirchhoff com os medidos no circuito. RESULTADOS Mediram-se, com o auxílio de um multímetro, as resistências de todos os resistores e as tensões das fontes, e seus respectivos erros. Os valores obtidos foram transcritos para as Tabelas 1 e 2. Tabela 1: Resultados obtidos das medições das resistências de todos os resistores. Resistores Resistências/Ώ R1 33,8 ± 0,1 R2 34,8 ± 0,1 R3 23,8 ± 0,1 Tabela 2: Resultados obtidos das medições das tensões das fontes. Fontes Tensão/V E1 3,00 ± 0,01 E2 2,00 ± 0,01 De acordo com as leis de Kirchhoff foram calculadas as correntes do circuito representado na Figura 1. Temos, de acordo com a primeira lei que I1 = I2 + I3 nos pontos B ou E. De acordo com a segunda lei, temos que a f.e.m. para a primeira malha (ABEFA) é E1 = I1R1 + I2R2 e para a segunda malha (BCDEB) é E2 = I3R3 - I2R2. Como os valores das f.e.m. e das resistências são conhecidos podem-se calcular os valores das correntes presentes no circuito. Os resultados obtidos com o calculo foram transcritos abaixo. A resolução matemática está apresentada em anexo. Com isso, pela lei de Ohm ( U= R I) U1 = 6,0 ± 0,1 V U2 = 2,1 ± 0,1 V U3 = 3,3 ± 0,1 V Para obtenção dos valores experimentais o circuito foi montado, com as resistências e fontes respectivas, conforme a Figura 2. Com o circuito montado, mediram-se as voltagens e as correntes em cada um dos resistores do circuito com suas respectivas incertezas. Os resultados obtidos foram transcritos para a Tabela 3. Tabela 3: Resultados obtidos das medições de voltagem e correntes nos resistores do circuito. Resistores Correntes/ mA Voltagem/V R1 40 ± 1 2,08 ± 0,1 R2 66 ± 1 2,2 ± 0,1 R3 19 ±1 3,07 ± 0,1 Sendo assim, confeccionou-se a Tabela 4, com a comparação entre os valores medidos experimentalmente e os valores calculados segundo a teoria. Tabela 4: Comparação entre os valores teóricos e experimentais de corrente.I1, I2 e I3 respectivamente. Valor teórico Valor experimental 182 ± 1 40 ± 1 60 ± 1 66 ± 1 151 ± 1 19 ± 1 A partir da análise da Tabela 4, pode-se perceber que o desvio entre os valores é razoavelmente grande para o 1º e o 3º caso, o que não ocorre para o 2º caso. Esses desvios foram causados por erros experimentais. Uma justificativa prudente seria que ao ser arranjado o circuito elétrico as polaridades da bateria não estavam adequados e análogos a figura 2, com isso os valores experimentais não condizem com o valor da teoria de Kirchhoff. CONCLUSÃO Diante dos resultados obtidos e suas devidas análises quantitativas, foi possível analisar um circuito elétrico de acordo as regras de Kirchhoff comparando assim com valores experimentais que não condisseram com os valores teóricos. REFERÊNCIAS TIPLER, P. A., MOSCA, G., Física, eletricidade e magnetismo, ótica, Rio de Janeiro: LTC, 5ª ed., vol. 2, 2006. p. 14 TIPLER, P. A., MOSCA, G., Física, eletricidade e magnetismo, ótica, Rio de Janeiro: LTC, 5ª ed., vol. 2, 2006. p.75-78 HALLIDAY, D., RESNICK, R., WALKER, J. Fundamentos de física 3,. Rio de Janeiro: LTC, 5ª ed., vol. 3, 2008. p.25-48 ANEXO
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