Relatorio de F Ex 2 - Associação dos elementos de circuitos elétricos

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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO CEARÁ – IFCE 
CAMPUS ACARAÚ 
 
Relatório de aula experimental: 
 Associação de elementos elétricos em circuitos 
Acaraú – CE 
21 de novembro de 2019 
Nome: José Eurimar Araújo 
Curso: Licenciatura em Física 
Professor: Luiz Paulo Fernandes Lima 
Disciplina: Física Experimental II 
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1. INTRODUÇÃO 
Para que os aparelhos elétricos e eletrônicos funcionem com eficácia, é necessário 
que um fluxo de cargas elétricas passe por seus circuitos fazendo os elementos que 
formam os aparelhos funcionarem. Esse fluxo de cargas, conhecida como corrente 
elétrica, é gerada por uma fonte de tensão que devido a uma diferença de potencial 
presente no circuito elétrico (PACCA et al, 2003). A corrente então começa a se mover 
pelo condutor elétrico e passa pelos dispositivos elétricos que utilizam a energia 
fornecida pela fonte geradora. 
A corrente elétrica pode ser calculada através da equação: 
𝐼 = lim
∆𝑡 →0
∆𝑄
∆𝑡
= 
𝑑𝑄
𝑑𝑡
 
Onde dQ é uma parte infinitesimal de quantidade de carga e dt um intervalo de 
tempo muito pequeno. Desta forma, pode-se dizer que a corrente elétrica é a 
quantidade de carga que passa em um ponto de um fio condutor em um certo intervalo 
de tempo. 
Os circuitos elétricos ligam componentes como resistores, capacitores, geradores, 
interruptores, etc., a fim de formar um caminho fechado para que a corrente elétrica 
possa circular pelos mesmos (VARRICCHIO, 2012). Desta maneira, utiliza-se de diversas 
formas de combinações entre os elementos presentes no circuito para obter um melhor 
aproveitamento da corrente. Nesta perspectiva, pode-se encontrar circuitos com 
associações de seus componentes ligados em série, paralelo ou de forma mista (uma 
combinação de serie e paralelo). 
 Em circuitos com associação em série, os componentes estão ligados a fonte de 
tensão de modo a formarem uma sequência, ou seja, os elementos dos circuitos ficam 
ligados um atrás do outro, em série. Desta maneira, a corrente é a mesma em todo o 
circuito, mas a tensão é dividida. 
 
𝑈𝑡 = 𝑈1 + 𝑈2 + 𝑈3 
O maior problema ao utilizar esse tipo de circuito é que quando um de seus 
componentes falha, interrompe a passagem da corrente além dele, sendo assim, os 
componentes que estão a frente não funcionam mais, já que não a corrente passando ali. 
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Com circuitos que apresentam a associação em paralelo, a ligação dos seus 
componentes à fonte de tensão elétrica é feita de modo paralelo, sendo assim, o circuito 
forma vários caminhos pelos quais a corrente possa passar. Nesta situação, a tensão é a 
mesma para todo o circuito, mas a corrente é dividida em cada nó do circuito entre os 
componentes elétricos. 
 
𝐼𝑡 = 𝐼1 + 𝐼2 + 𝐼3 
Com está configuração, caso um dos componentes falhe, cortando a passagem da 
corrente elétrica, os demais elementos não serão afetados, pois a forma que estão 
ligados apresenta diversos modos da corrente continuar passando. Devido a isso, essa 
associação é a mais usada em instalações elétricas, pois evita o bloqueio do fluxo de 
cargas. 
Numa associação mista, os componentes do circuito estão ligados à fonte tanto em 
paralelo quanto em série, de modo a usar as características dos dois circuitos. 
 
Com os conhecimentos acima, apresentados em sala de aula, realizou-se alguns 
experimentos em laboratório afim de estudar as características das associações de 
circuitos elétricos. Os experimentos foram realizados nos dias 21 e 22 de novembro, 
durante uma aula de Física Experimental no Laboratório de Física Experimental do 
Instituto Federal do Ceará – Campus Acaraú. 
 
 
 
 
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2. OBJETIVOS 
Reconhecer, representar e avaliar as grandezas físicas associadas aos circuitos em 
série e em paralelo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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3. MATERIAIS UTILIZADOS 
• 1 fonte de tensão de corrente contínua; 
• 1 quadro eletrônico de corrente continua e corrente alternada; 
• 3 conexões vermelhas com pino de pressão; 
• 2 conexões pretas com pinos de pressão; 
• 1 multímetro; 
• 1 chave interruptora (on / off); 
• 3 lâmpadas incandescentes de 4,5 V; 
• 2 conectores de ponte elétrica; 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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4. PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS 
 
- MONTAGEM DO CIRCUITO N° 1– 
• Coloque o quadro eletrônico em cima de uma bancada ou mesa; 
• Coloque as lâmpadas no quadro eletrônico seguindo a orientação das 
posições, L1 - (A1, A2), L2 - (D1, E1), L3 - (H1, H2); 
• Ligue o interruptor na fonte de tensão e no quadro eletrônico nas posições 
C2 e F2; 
• Ligue a fonte de tensão e regule até 4,5 V; 
1. Observe qual a associação existente entre as lâmpadas; 
2. Ligue o interruptor e observe o brilho das lâmpadas. Diminua e aumente a corrente 
enquanto observa o brilho; 
3. Conecte o voltímetro em B2 e G2 e anote a ddp; 
4. Descubra o valor da ddp de cada lâmpada e anote; 
5. Descreva o que acontece quando L1 é retirada e repita o procedimento para as 
demais; 
6. Conecte o amperímetro e meça a corrente elétrica no circuito; 
7. Observe o que acontece com a corrente quando uma lâmpada é retirada. 
 
- MONTAGEM DO CIRCUITO N° 2– 
• Coloque as lâmpadas no quadro eletrônico seguindo a orientação das 
posições, L1 - (A1, A2), L2 - (C1, C1) e L3 - (G1, G2); 
• Conecte as pontes elétricas nas posições: P1 – (D1, E1) e P2 – (D2, E2); 
• Ligue o interruptor na fonte de tensão e no quadro eletrônico nas posições 
H1 e H2; 
1. Observe que tipo de associação existe entre as lâmpadas; 
2. Ligue o interruptor e observe o brilho da lâmpada e compare com o ocorrido no 
caso anterior; 
3. Conecte o voltímetro nos pontos H1 e H2 e anote a ddp; 
4. Meça a ddp de cada lâmpada; 
5. Meça a corrente do circuito e observe o que acontece quando uma das lâmpadas é 
desligada. 
 
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5. RESULTADOS E DISCUSSÃO 
 
Para o circuito 1 pode-se observar que se trata de uma associação em série pois a 
disposição das lâmpadas ligadas à fonte de tensão está em sequência e o circuito 2 uma 
associação em paralelo devido a ligação de seus componentes com a fonte de tensão estar 
em paralelo. 
Quando se diminui a corrente que passa pelo circuito, as lâmpadas do circuito 1 
começam a diminuir de brilho, de modo que quando a corrente atinge os 0,12 A de 
intensidade, todas as lâmpadas apagaram, pois a corrente já não era intensa o suficiente 
ao ponto de fazer a lâmpada brilhar. No circuito 2, o mesmo ocorre, a diminuição do 
brilho das lâmpadas à medida que se diminui a corrente. Um fato relevante observado é 
que, ao ligar o interruptor, o brilho é muito mais intenso no circuito 2 que no circuito 1, 
devido o fato da tensão ser a mesma para todas as lâmpadas. 
 Ao conectar o voltímetro nas posições indicadas, encontrou-se uma ddp de 4.5 V, a 
mesma ddp que foi regulada no inicio do experimento, mas ao medir a ddp de cada 
lâmpada, observou-se uma diminuição na tensão. Em L1, L2 e L3 as tensões encontradas 
foram, 1.47 V, 1.64 V e 1.43 V respectivamente. Pode-se concluir que uma das 
características da associação em série é válida, pois a soma de todas as tensões é igual a 
tensão fornecida pela fonte. 
No circuito 2, depois de conectar o voltímetro foi notado que a tensão é a mesma, 4.5V, 
tanto nos pontos indicados quando a ddp das lâmpadas, confirmando que a tensão é igual 
para todos os elementos do circuito com associação em paralelo. 
Pode-se observar que ao retirar uma das lâmpadas no circuito 1, não tem corrente e 
assim as outras não ligam. Isso se dar, pelo fato de o fluxo da corrente ser interrompido 
ao retirar uma das lâmpadas, um dos problemas de se utilizar circuitos em série. O 
contrário se observa no circuito 2, ao retirar uma lâmpada, as outras permanecem acesas 
devido os diversos caminhos que apresentam a associação em paralelo. 
A corrente medida ao retirar uma lâmpada no circuito1 é igual para todo o circuito, 
0.22 A, independente de qual lâmpada retirar, podemos concluir que a corrente no circuito 
em serie é igual para todos os componentes. Já no circuito 2, ao retirar uma lâmpada, a 
corrente diminui, indo de 1.24 A para 0.62 A. Pode-se concluir através desta análise que 
a corrente total é a soma de todas as correntes encontradas em cada lâmpada. 
 
 
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Questões propostas 
Circuito 1 
1. Em sua casa, quando uma lâmpada queima, as outras apagam? Justifique. 
R. Quando uma lâmpada apaga na minha residência, as demais não apagam. 
O circuito utilizado é um circuito de associação em paralelo, se não quando 
um dos elementos do circuito, no caso uma lâmpada, a corrente seria 
interrompida e as demais não ascenderiam. 
2. Este tipo de circuito pode ser recomendado para uma residência? 
Justifique. 
R. Não, pelo mesmo fato apresentado no item anterior. Numa associação em 
serie, quando um dos componentes falha, interrompe a passagem da corrente 
para os demais, impossibilitando-os de funcionar. 
3. Onde esse circuito é utilizado com frequência? 
R. Resistências para aquecimento de fornos elétricos. 
4. Com a utilização dos seus resultados experimentais, mostre que: 
 𝑹𝒆𝒒 = 𝟑𝑹, onde R é a resistência de cada lâmpada. 
Sendo U a tensão total fornecida ao circuito e calculado como 𝑈 = 𝐼. 𝑅, temos: 
𝑈𝑡 = 𝑈1 + 𝑈2 + 𝑈3 
𝐼. 𝑅𝑒𝑞 = 𝐼. 𝑅1 + 𝐼. 𝑅2 + 𝐼. 𝑅3 
𝑅𝑒𝑞 = 
𝐼
𝐼
. (𝑅1 + 𝑅2 + 𝑅3) 
𝑅𝑒𝑞 = (𝑅1 + 𝑅2 + 𝑅3) 
Se R1, R2 e R3 forem iguais, temos: 
𝑅𝑒𝑞 = (𝑅 + 𝑅 + 𝑅) = 3𝑅 
 
Circuito 2 
1. Qual dos circuitos é mais adequado para utilizar em residências? 
R. O circuito mais adequado deve ser o circuito em paralelo, pois o fato de 
apresentar diversos caminhos para a corrente fluir e da tensão ser igual para 
todos os componentes, melhora a distribuição de energia elétrica e o 
funcionamento dos componentes do sistema. Mas, aparentemente, o mais 
utilizado é o misto, pois a amplia os modos de como usar a corrente e a tensão 
no circuito. 
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2. Utilizando os dados coletados, prove que 𝑹𝒆𝒒 = 
𝑹
𝟑
, sendo R a resistência 
de cada lâmpada. 
Sendo I a corrente total medida no circuito, 𝐼 = 𝐼1 + 𝐼2 + 𝐼3 a equação que 
representa a soma de todas as correntes encontradas no circuito e 𝐼 = 
𝑈
𝑅
 
𝐼 = 𝐼1 + 𝐼2 + 𝐼3 
𝑈
𝑅𝑒𝑞
= 
𝑈
𝑅1
+ 
𝑈
𝑅2
+ 
𝑈
𝑅3
 
1
𝑅𝑒𝑞
= 
𝑈
𝑈
. (
1
𝑅1
+ 
1
𝑅2
+ 
1
𝑅3
) 
1
𝑅𝑒𝑞
= (
1
𝑅1
+ 
1
𝑅2
+ 
1
𝑅3
) 
Sendo R1, R2 e R3 iguais, temos: 
1
𝑅𝑒𝑞
= (
1
𝑅
+ 
1
𝑅
+ 
1
𝑅
) = 
3
𝑅
 
Ou 
𝑅𝑒𝑞 = 
𝑅
3
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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6. CONCLUSÕES 
Com a realização dos experimentos com os dois tipos de circuitos, pode-se concluir 
que as associações de elementos elétricos presentes no circuito apresentam características 
distintas e cada uma tem seu devido uso. 
A aplicação de uma associação usando os dois tipos, série e paralelo pode ampliar o 
modo como se utiliza a corrente e a tensão em um circuito, podendo ser utilizada de 
maneira a suprir a necessidade que se tem ao utilizar um circuito elétrico e possibilitando 
maior aproveitamento dos aparelhos e elementos elétricos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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7. BIBLIOGRAFIA 
 
DA SILVA, Marcelo F. et al. Modelo elétrico equivalente para lâmpadas fluorescentes sem 
eletrodos de indução. Eletrônica de Potência., v. 17, p. 429-438, 2012. 
 
HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos de Física, vol. 3. Rio de 
Janeiro: LTC, 2019. 
 
PACCA, Jesuína LA et al. Corrente elétrica e circuito elétrico: algumas concepções do senso 
comum. Caderno Brasileiro de Ensino de Física, v. 20, n. 2, p. 151-167, 2003. 
 
VARRICCHIO, Sergio L. et al. Síntese de Equivalentes Dinâmicos de Redes Elétricas Multi-
Conectadas. In: XII SEPOPE-Symposium of Specialists in Electric Operational and Expansion 
Planning, Rio de Janeiro, RJ, Brazil, 20th–23rd May. 2012.