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1. LEIS DE KIRCHHOFF As Leis de Kirchhoff envolvem conceitos básicos para a resolução e análise de circuitos elétricos, tanto em corrente contínua como em corrente alternada. 1.1. ELEMENTOS DE UM CIRCUITO ELÉTRICO Antes de apresentar as leis de Kirchhoff, vejamos os elementos que formam um circuito elétrico. 1.1.1. Ramo Qualquer parte de um circuito elétrico composta por um ou mais dispositivos ligados em série é denominada ramo. Figura 1. Representação do ramo 1.1.2. Nó Qualquer ponto de um circuito elétrico no qual há a conexão de três ou mais ramos é denominada nó. Figura 2. Representação do nó 1.1.3. Malha Qualquer parte de um circuito elétrico cujos ramos formam um caminho fechado para a corrente é denominada malha. Figura 3. Representação de uma malha Figura 4. Identificação dos pontos do circuito Considerando o circuito da Figura 04, os ramos, nós e malhas podem ser identificadas pontos marcados no circuito. São os ramos do circuito acima os segmentos: AB, BC, CD, DE, EF, FA e BE. São os nós do circuito: B e E. Algumas bibliografias os pontos: A, C, D e F também são considerados nós, mas para fim de cálculos só iremos considerar os nós onde há divisão de corrente. São as malhas do circuito: ABEFA, BCDEB e ABCDEFA. 1.2. LEIS DE KIRCHHOFF Um circuito admite um único sentido de corrente com um único valor para cada ramo. Uma vez conhecidos os sentidos e as intensidades das correntes em todos os ramos de um circuito, todas as tensões podem também ser determinadas. A compreensão e a análise de um circuito dependem das duas leis básicas da eletricidade que serão apresentadas a seguir. 1.2.1. 1° lei de Kirchhoff – Lei das correntes Definindo arbitrariamente as correntes que chegam ao nó como positivas e as que saem do nó como negativas, a Lei de Kirchhoff para Correntes pode ser enunciada como segue: Figura 5. Circuito representando a lei dos nós Exemplo 01: dado o circuito a seguir qual seria o valor da corrente i2. A soma das correntes que chegam ao nó deve ser igual a soma das correntes que saem do nó, ou ainda, a soma algébrica das correntes em um nó deve ser igual a zero. Figura 6.Circuito do exemplo Primeiro passo é escrever a equação para o nó A: i1 + i2 + i3 + i4 + i5 = 0 vamos considerar que as correntes que chegam ao nó (vermelho) são positivas e as correntes que saem (azul) são negativas. i1 - i2 + i3 + i4 - i5 = 0 ou i1 + i3 + i4 = i2 + i5 Usando a segunda equação e substituindo os valores: 3 + 4 + 1,5 = i2 + 2 → 8,5 = i2 + 2 i2 = 8,5 - 2 → i2 = 6,5 A Logo a corrente i2 que sai do nó tem valor de 6,5 A. 1.2.2. 2° lei de Kirchhoff – Lei das tensões Adotando um sentido arbitrário de corrente para análise de uma malha, e considerando as tensões que elevam o potencial do circuito como positivas (geradores) e as tensões que causam queda de potencial como negativas (receptores passivos e ativos), a Lei de Kirchhoff para Tensões pode ser enunciada como segue: Figura 7. Circuito representando a lei das malhas Exemplo 02: dado o circuito a seguir qual seria o valor da corrente da malha e o valor de todas as quedas de tensão apresentado nas cargas. Figura 8. Circuito do exemplo da lei das malhas A soma algébrica das tensões em uma malha é igual a zero. Ou A soma das tensões que elevam o potencial do circuito é igual à soma das tensões que causam a queda de potencial. Primeiro passo é escrever a equação para a malha: E - V1 - V2 - V3 - V4 = 0 → E = V1 + V2 + V3 + V4 Substituindo o valor da fonte de tensão temos: 40 = V1 + V2 + V3 + V4 Isso significa que a soma de todas as quedas de tensão deverá ser igual a 40 V. Outro ponto a ser identificado é a relação da malha com um circuito em série. Com isso podemos utilizar a primeira Lei de Ohm para colocar as quedas de tensão em função do produto da resistência pela corrente. Logo: 40 = V1 + V2 + V3 + V4 → 40 = R1×I + R2×I + R3×I + R4×I Substituindo os valores das resistências: 40 = 10×I + 20×I + 5×I + 5×I → 40 = (10+20+5+5) × I 𝐈 = 𝟒𝟎 𝟒𝟎 = 𝟏 𝐀 A corrente que passa por todos os dispositivos é de 1 A. Sabendo o valor da corrente e o valor de cada resistência pode-se facilmente calcular cada queda de tensão pela lei de ohm. V1 = R1×I → V1 = 10×1 → 10 V V2 = R2×I → V2 = 20×1 → 20 V V3 = R3×I → V3 = 5×1 → 5 V V4 = R4×I → V4 = 5×1 → 5 V 1.3. DICAS NA RESOLUÇÃO DOS CIRCUITOS ELÉTRICOS Para resolução dos circuitos devem ser respeitadas as regras abaixo: • Nos pontos onde a corrente elétrica chega à mesma polariza o bipolo (dispositivo) com sinal positivo (a corrente entra positiva e sai negativa). • Ao atravessar uma fonte de tensão deve-se manter o sinal de saída dela. Na resolução de circuitos com mais de duas fontes podemos utilizar duas técnicas principais: • Resolução por correntes de ramo; • Resolução por correntes de malha/laço. Em geral aplica-se a sequência de passos listados abaixo: I. Atribuir uma corrente para cada malha; II. Polarizar os bipolos elétricos; III. Aplicar a lei das tensões para cada uma das malhas e obter as respectivas equações; IV. Montar o correspondente sistema de equações e descobrir o valor das variáveis. marco Máquina de escrever 1) Determinar a intensidade e o sentido de todas as correntes.