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Física

Circuito elétrico

Leonardo Rafael Pires
Publicado por Leonardo Rafael Pires
Última atualização: 10/5/2019

Introdução

Um circuito elétrico consiste em um caminho contendo uma ligação de componentes elétricos. Esses componentes podem ser resistores, capacitores, geradores, receptores entre outros elementos eletrônicos. Um circuito elétrico pode ser utilizado para diversas aplicações desde o controle e programação de equipamentos até como geradores de sinais sonoros.

  • Quando não circula corrente em um circuito elétrico  (\(i = 0\)) dizemos que o circuito está aberto.
  • Quando não há diferença de potencial entre um componente do circuito elétrico (U = 0) dizemos que o componente está em curto circuito.
  • Dois pontos com o mesmo potencial são denominados congruentes ou equipotenciais.
  • O ponto tomado como referência de potencial nulo (V = 0), também chamado de aterramento, é simbolizado como mostrado na figura a seguir:


Elementos de um circuito elétrico

Em um circuito elétrico é muito comum verificar a presença dos seguintes elementos:

  • Resistor: Elemento que consome energia elétrica convertendo-a em energia térmica, provocando uma queda de potencial. Ele pode representar um chuveiro, um ebulidor, um ferro de passar roupa, entre outros dispositivos.
  • Interruptores (ou chaves): este elemento é responsável por abrir ou fechar um circuito elétrico, pode ser entendido como um dispositivo de segurança ou como um dispositivo de manobra, geralmente é representado como na figura abaixo:

  • Fusíveis e disjuntores: São dispositivos responsáveis por limitar o valor da corrente, eles abrem o circuito elétrico quando são submetidos a uma corrente além da permitida, são utilizados como elementos de segurança. 
  • Geradores: dispositivo responsável por fornecer energia elétrica ao circuito, essa energia é adicionada ao sistema, ou seja, fornece um ganho de potencial ao sistema, são os elementos como pilhas, baterias entre outros.
  • Receptores: dispositivos que utilizam a energia elétrica disponível, logo fornecem uma queda de potencial ao sistema, como exemplo os motores que convertem a energia elétrica disponível em trabalho.
  • Capacitores: dispositivos que armazenam energia elétrica quando carregados e podem fornecer energia elétrica quando são descarregados.

Circuitos de caminho único

Considere vários elementos de circuito como resistores e geradores compondo um único caminho, também chamado de malha, desse modo todos os componentes desse circuito estão em série, como no exemplo a seguir:


O circuito mostrado na figura é também chamado de circuito simples, por conter somente um gerador e um resistor. Já vimos que os elementos de um circuito podem ser arranjados de forma ser substituído por um único elemento, como nas associações de resistores, logo qualquer circuito elétrico de caminho único pode ser reescrito como contendo um único componente de circuito.

Desse modo podemos desenvolver a seguinte equação simbolizando as elevações de potencial como as forças eletromotrizes, as quedas de potenciais não ôhmicas como as forças contra motrizes dos receptores e as quedas ôhmicas das resistências como o produto da resistência equivalente pela corrente logo:

\(|\sigma|\) fem = \(|\sigma|\) fcm + \(|\sigma|\ R_{eq}.i\)

Circuitos não redutíveis a um caminho único

Há circuitos elétricos que não podem ser reduzidos a um caminho único como no exemplo abaixo:


Porém podemos avaliar cada caminho desse circuito da mesma forma que avaliamos um circuito elétrico de caminho único. Desse modo, para cada caminho ou malha, vamos obter uma equação. De modo geral podemos utilizar o exemplo acima para ilustrar a resolução de um circuito elétrico onde desejamos obter a corrente que circula em cada uma das malhas, atribuindo alguns valores para os componentes, e assumindo um sentido arbitrário para as correntes como mostra a figura a seguir:

No caminho 1 podemos escrever a seguinte equação aplicando o que vimos em circuitos de caminho único:

  • \(15 = 5.i_{1} + 10.i_{1} + 10.i_{2}\)

Para o caminho 2 escrevemos:

  • \(5 = 10.i_{2}+10.i_{2} + 10.i_{1}\)

Com duas equações e duas incógnitas temos um sistema linear com solução única, logo resolvendo esse sistema obtemos:

\(i_{1} = 1,25 \, A\) e \(i_{2} = -0,375 \, A\)

O sinal negativo para a corrente \(i_{2}\) indica que o sentido que atribuímos a ela está invertido, logo o sentido correto para essa corrente é o sentido horário, sendo que em módulo a corrente assume o valor \(i_{2} = 0,375\).

Logo verificamos que um circuito não redutível a um caminho pode ser resolvido considerando cada um de seus caminhos e montando um sistema linear.

Fórmulas


Exercícios

Exercício 1
(ENEM)

Fusível é um dispositivo de proteção contra sobrecorrente em circuitos. Quando a corrente que passa por esse componente elétrico é maior que sua máxima corrente nominal, o fusível queima. Dessa forma, evita que a corrente elevada danifique os aparelhos do circuito. Suponha que o circuito elétrico mostrado seja alimentado por uma fonte de tensão U e que o fusível suporte uma corrente nominal de 500 mA.

Ilustração: Rapaz corpulento de camiseta, short e tênis acenando

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