Circuitos elétricos

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Laboratório de Física 3 – Experimento 2 
Circuitos Elétricos 
 
Corrente elétrica 
 
A corrente elétrica designa o movimento ordenado de cargas elétricas (íons ou 
elétrons) dentro de um sistema condutor. 
 
Para que haja o movimento dos elétrons em um condutor é necessário que eles 
sejam submetidos a uma diferença de potencial (ddp), também conhecida como 
tensão elétrica. 
 
O sentido da corrente elétrica é caracterizado de duas maneiras: 
• Uma delas é a “corrente elétrica real”, ou seja, aquela que possui o 
sentido real do movimento dos elétrons, que é em direção ao potencial 
elétrico positivo (mais alto). 
 
• A outra é a “corrente elétrica convencional”, cujo sentido é contrário ao 
movimento dos elétrons e é orientado pelo movimento das cargas positivas 
(em direção ao potencial elétrico negativo (mais baixo). 
 
A corrente elétrica convencional é a utilizada no estudo dos circuitos 
elétricos. 
 
Corrente elétrica é uma grandeza escalar. Sua unidade de medida, segundo o 
Sistema Internacional de Unidades, é o ampère (A). Essa unidade mede o módulo 
da carga elétrica que atravessa a seção transversal de um condutor a cada 
segundo, e por isso, também pode ser escrita como sendo Coulombs por segundo 
(C/s). 
 
O valor da corrente elétrica é definido pela razão entre o módulo da carga elétrica 
que passou através do condutor e o intervalo de tempo em que essa corrente 
elétrica foi mantida: 
 
𝑖 =
Δ𝑄
Δ𝑡
 
onde: 
𝑖 – corrente elétrica (A) 
∆𝑄 – carga elétrica (C) 
∆𝑡 – intervalo de tempo (s) 
 
É possível relacionar a corrente elétrica com o número de elétrons que atravessam 
um corpo condutor durante um determinado intervalo de tempo: 
 
𝑖 =
𝑛𝑒
Δ𝑡
 
 
𝑛– número de elétrons 
𝑒 – carga elétrica fundamental (e = 1,6.10-19 C) 
Existem dois tipos de corrente elétrica: corrente direta e corrente alternada. 
A corrente direta é aquela na qual os elétrons movem-se em 
um único sentido. Esse tipo de corrente é comum em dispositivos que 
utilizam baixas tensões, como eletrônicos em geral. 
A corrente alternada é caracterizada pelo movimento oscilatório dos elétrons. 
Nesse tipo de corrente, uma rápida inversão de polaridade do potencial elétrico 
faz com que os elétrons movam-se em vai e vem em torno de uma posição fixa. 
A corrente elétrica alternada é utilizada principalmente em motores elétricos e na 
transmissão de eletricidade: a corrente elétrica que chega às nossas residências, 
disponibilizada nas tomadas, é uma corrente elétrica alternada. 
 
Circuitos Elétricos: 
 
Circuito elétrico é um circuito fechado (que começa e termina no mesmo ponto) 
por onde passa uma corrente elétrica. É formado por um condutor que e contém 
outros elementos ligados a ele. 
 
Os principais elementos de um circuito elétrico são: 
 
Resistores 
Os resistores são componentes do circuito elétrico que têm duas funções. Uma 
delas é converter a energia elétrica em energia térmica, a outra é limitar a 
passagem da corrente elétrica. 
 
Capacitores 
Os capacitores (ou condensadores) são componentes elétricos que armazenam 
cargas elétricas em um circuito. 
Condutores 
Os condutores são os elementos que permitem que as cargas circulem facilmente 
num circuito elétrico. 
Geradores 
Os 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 a diferença de potencial que promove a movimentação dos 
elétrons. 
 
Indutores 
Os indutores são os dispositivos que armazenam a energia elétrica quando 
percorridos por uma corrente elétrica. 
 
 
Circuitos RC 
 
Um circuito composto por resistores (R) e capacitores (C), alimentado por um 
gerador é chamado de circuito RC. 
Ele pode ser representado diagramaticamente da seguinte forma: 
 
Notação: 
C representa o capacitor; 
R representa o resistor; 
U representa o gerador. Para o gerador também é muito usada a notação V ou e 
(que indica “força eletromotriz); 
 
Um circuito elétrico pode ter diversos componentes, que podem vir associados de 
duas formas: 
 
Associação em série: O princípio de funcionamento dos circuitos em série se dá 
pela ligação de seus componentes em sequência, ou seja, sem divisão do circuito. 
O fluxo de elétrons (corrente elétrica), no circuito sempre será o mesmo sobre as 
cargas, isso porque há apenas um único caminho para a passagem desses elétrons. 
Porém a diferença de potencial (tensão) sobre as cargas poderá ser diferente. Ex: 
 
 U = U1 + U2 + U3 e i = cte U = UC + UR e i = cte 
 
Associação em paralelo: A ligação dos componentes não é feita de forma 
sequencial, gerando pontos de derivação nos quais a corrente elétrica é dividida. 
Dessa forma, a corrente elétrica ao longo do circuito irá variar, enquanto que a 
tensão será sempre a mesma para todos as cargas do circuito (a mesma tensão 
entregue pela fonte). Ex: 
 
 i = i1 + i2 + i3 V = cte i = iR+iC V = cte 
 
Existem também circuitos mistos, que combinam associações em série e em 
paralelo de seus componentes. 
 
 
 
Leis de Kirchoff: 
 
A 1ª Lei de Kirchoff é chamada de Lei dos Nós, que se aplica aos pontos do 
circuito onde a corrente elétrica se divide. Ou seja, nos pontos de conexão entre 
três ou mais condutores (nós). 
Já a 2ª Lei é chamada de Lei das Malhas, sendo aplicada aos caminhos fechados 
de um circuito, os quais são chamados de malhas. 
 
 
 
A Lei dos Nós indica que a soma das correntes que chegam em um nó é igual a 
soma das correntes que saem. Esta lei é consequência da conservação da carga 
elétrica cuja soma algébrica das cargas existentes em um sistema fechado 
permanece constante. 
 
Neste exemplo, considerando que as correntes i1 e i2 estão chegando ao nó, e as 
correntes i3 e i4 estão saindo, temos: 
i1 + i2 = i3 + i4 
A Lei das Malhas é uma consequência da conservação da energia. Ela indica que 
quando percorremos uma malha em um dado sentido, a soma algébrica das 
diferenças de potencial (ddp ou tensão) é igual a zero. Ex: 
 
Aplicando a lei das malhas para esse trecho do circuito, teremos: 
UAB + UBE + UEF + UFA = 0 
 
 
Roteiro do Experimento 
Neste experimento analisaremos circuitos alimentados por uma bateria com um 
único resistor e também com associação de resistores em serie e/ou em paralelo. 
Para isso vamos utilizar resistores chamados de Ôhmicos. Resistores ôhmicos são 
aqueles que obedecem a lei de Ohm: 
 V = R i 
Estes resistores tem um valor de resistência R que é constante. 
Num circuito que contem mais de um resistor, a resistência equivalente (Req) 
corresponde ao valor total de todas as resistências associadas no circuito. Ela 
recebe este nome “Resistencia Equivalente” porque equivaleria à substituição de 
todas as resistências do circuito por uma única com este valor Req. 
A resistência equivalente (Req) de n resistores associados em série corresponde 
à soma das resistências de cada resistor presente no circuito: 
𝑅𝑒𝑞 = 𝑅1 + 𝑅2 + ⋯+ 𝑅𝑛 
 
Já na associação em paralelo, o inverso da resistência equivalente de um circuito 
é igual a soma dos inversos das resistências de cada resistor presente no circuito: 
1
𝑅𝑒𝑞
=
1
𝑅1
+
1
𝑅2
+ ⋯+
1
𝑅𝑛
 
 
Para este experimento utilizaremos o simulador do PHET, acessando o link 
https://phet.colorado.edu/sims/html/circuit-construction-kit-dc/latest/circuit-
construction-kit-dc_pt_BR.html 
 
Na barra do lado esquerdo encontramos os componentes necessários para montar 
o circuito que queremos estudar. Basta arrastar o item escolhido para a tela azul e 
“emendar” os componentes através dos fios. 
 
Procedimento 1 – Cálculo da resistência elétrica usando a lei de Ohm: 
1) Monte um circuito com uma bateria, um resistor e um interruptor, 
conectados através de fios, conforme a figura abaixo (observe que os 
componentes podem girar segurando uma de suas pontas e girando).2) Clique sobre o resistor para ajustar o valor da resistência elétrica. Escolha 
um valor arbitrário entre 10 e 30 ohms. 
3) Clique sobre a bateria para ajustar o valor da tensão (voltagem). Escolha o 
valor inicial de 5 Volts. 
4) Na barra da direita, arraste um amperímetro para qualquer ponto de um fio 
do circuito. 
 
5) Feche o circuito clicando sobre o interruptor. 
6) Anote na tabela 1 os valores de tensão (escolhida) e a corrente obtida. 
7) Altere a voltagem para 10 Volts e anote novamente na tabela 1 os valores 
da voltagem e da corrente. 
8) Repita o procedimento variando a voltagem de 5 em 5V até o valor final de 
40V, preenchendo assim a tabela 1. 
	 	
Voltagem (V) Corrente (A) 
 
 
 
 
 
 
 
 
TABELA 1 
9) Faça um gráfico de tensão x corrente elétrica da tabela 1. 
10) Comparando a lei de Ohm V=Ri com a equação da reta y=ax, determine, 
através do coeficiente angular do gráfico, o valor da resistência elétrica 
do resistor do circuito. (Verifique se esta de acordo com o valor escolhido 
por você no circuito). 
 
Procedimento 2 – Calculo da resistência equivalente em série: 
11) Monte um circuito com 2 resistores em serie: (você pode desconectar dois 
componentes do circuito para inserir o outro resistor, clicando na emenda 
entre eles usando a tesoura que aparece para separa-los ou então pode 
reiniciar a montagem do zero utilizando a tecla no canto inferior direito 
da tela. 
 
12) Ajuste o valor de cada uma das resistências para um valor entre 10 e 30 
ohms. 
13) Ajuste o valor da tensão para 5V. 
14) Feche o circuito clicando sobre o interruptor. 
15) Anote na tabela 2 os valores de tensão e corrente obtidos. 
16) Altere a voltagem para 10 Volts e anote novamente na tabela 2 os valores 
da tensão e da corrente. 
17) Repita o procedimento variando a voltagem de 5 em 5V até o valor final de 
40V, preenchendo assim a tabela 2. 
Voltagem (V) Corrente (A) 
 
 
 
 
 
 
 
 
TABELA 2 
18) Faça um gráfico de tensão x corrente elétrica da tabela 2. 
19) Determine, através do coeficiente angular do gráfico, o valor da 
resistência equivalente do circuito. 
20) Utilizando os valores de cada resistência utilizada no circuito calcule a 
resistência equivalente pela expressão teórica e compare com o valor 
obtido pelo gráfico. 
21) Mantendo a tensão em 40 V e o interruptor ligado, desconecte um dos 
resistores do circuito clicando na conexão entre uma de suas extremidades 
e o fio do circuito e cortando a conexão com a “tesoura” virtual. 
 
22) Descreva e justifique fisicamente o que ocorre com a passagem da 
corrente no circuito. 
 
Procedimento 3 – Calculo da resistência equivalente em paralelo: 
 
23) Monte um circuito da mesma forma que os anteriores mas com dois 
resistores em paralelo, posicionando o amperímetro no fio principal 
conforme a figura abaixo. 
 
24) Ajuste o valor de cada uma das resistências para um valor entre 10 e 30 
ohms. 
25) Ajuste o valor de tensão para 5V. 
26) Feche o circuito clicando sobre o interruptor. 
27) Anote na tabela 3 os valores da tensão e da corrente obtidas. 
28) Reposicione o amperímetro sobre um dos resistores e anote o valor da 
corrente que o atravessa quando o circuito é ligado. 
 
29) Reposicione o amperímetro sobre o outro resistor e anote o valor da 
corrente que o atravessa quando o circuito é ligado. 
30) Qual a relação observada entre essas três correntes? Esse valor esta de 
acordo com a teoria da associação de resistores? 
31) Volte o amperímetro para a posição inicial (no fio principal). Como feito 
anteriormente, varie novamente a tensão de 5 em 5 Volts até o valor final 
de 40 Volts anotando os valores da tensão e da corrente completando 
assim a tabela 3. 
 
Voltagem (V) Corrente (A) 
 
 
 
 
 
 
 
 
TABELA 3 
32) Faça um gráfico de tensão x corrente elétrica da tabela 3. 
33) Determine, através do coeficiente angular do gráfico, o valor da 
resistência equivalente do circuito. 
34) Utilizando os valores de cada resistência utilizada no circuito calcule a 
resistência equivalente e compare com o valor obtido pelo gráfico. 
35) Desconecte um dos dois resistores do circuito usando a tesoura virtual. 
 
36) Descreva e justifique fisicamente o que ocorre com a passagem da 
corrente no circuito. 
37) Por fim, desligue o interruptor e remova o segundo resistor do circuito 
mantendo o fio que o conectava no mesmo lugar. 
 
38) Ligue o interruptor e observe o ocorrido. Explique fisicamente o observado.