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Física

Curto-circuito

Leonardo Rafael Pires
Publicado por Leonardo Rafael Pires
Última atualização: 29/10/2019

Introdução

Quando dois pontos distintos de um circuito elétrico apresentam uma diferença de potencial nula dizemos que ocorre um curto-circuito. As implicações desse evento podem ser diversas, desde a simples mudança no brilho de uma lâmpada, até provocar uma explosão. 

Curto-circuito em um circuito elétrico

Vamos considerar o seguinte circuito elétrico:

Os pontos A e B apresentam uma diferença de potencial ocasionada pela queda de tensão no resistor calculada como \(U_{AB} = Ri\). Se acrescentarmos um fio de resistência desprezível como na figura:

Os pontos A e B agora apresentam mesmo potencial, logo, dizemos que ocorre um curto-circuito nos terminais do resistor, pois os terminais do resistor não apresentam diferença de potencial e, portanto, não circula corrente no resistor. Se esse resistor fosse uma lâmpada, ela iria se apagar.

Para exemplificar, vamos considerar o seguinte circuito: 

Embora exista os resistores R1 e R2 no circuito, os seus terminais estão em curto-circuito, o que faz com que a corrente desvie, passando somente no fio de resistência desprezível. Assim, não há corrente nesses resistores.

A resistência equivalente desse circuito pode ser escrita como R = R1+ R4.

Curto-circuito em uma bateria 

A bateria, por possuir resistência interna, pode provocar um acidente caso ocorra um curto-circuito.

Da equação do gerador temos que: \(U =  \varepsilon \,– \, r.I\)

Na situação de curto-circuito \( U = 0 \), portanto, a corrente de curto-circuito \( I_{cc} \) é dada por: \(0 = \varepsilon – r.I_{cc} \Rightarrow I_{cc} = \frac{\varepsilon}{r}\)

Para uma bateria automotiva de 12V, por exemplo, uma resistência interna típica é de \(r = 0,020 \Omega\) . Logo, a corrente de curto-circuito é \( I_{cc} = \frac{12 \, V}{0,020 \, \Omega} = 600 \, A \) 

Essa corrente é extremamente elevada e a sua resistência interna seria responsável por dissipar essa energia em forma de calor. A potência pode ser estimada como \(P = \r. I_{cc}^2 \) = 7200 W \) 

Para efeito de comparação, os resistores encontrados em chuveiros residenciais responsáveis pelo aquecimento de água estão na faixa de 5000 – 7500 W. Logo, a energia dissipada na forma de calor internamente à bateria é muito elevada! Além disso, as baterias operam com reações químicas que podem liberar compostos inflamáveis. Nesse caso, o curto-circuito pode levar a uma catástrofe!

Curto-circuito por variação instantânea da resistência 

Percebemos que o aumento da corrente está associado a uma alta dissipação de energia. Pela Primeira Lei de Ohm, podemos avaliar a corrente da seguinte maneira:  \(  U = r.I \Rightarrow I = \frac{U}{r} \). A potência dissipada pelo resistor ‘’r’’ é : \(P = r.I^2\).

Se em um intervalo de tempo muito pequeno a resistência r tende a um valor muito baixo, isto é, tende a zero \( (r \rightarrow 0) \), pela Primeira Lei de Ohm a corrente fica muito grande, logo tende ao infinito \( ( I \rightarrow \infty )\)  logo a energia dissipada por essa resistência também é muito grande \( ( P \rightarrow \infty ) \).

Essa alta dissipação de energia instantânea pode comprometer os resistores, visto que eles têm um limite de energia que podem suportar. Se o dispositivo for uma lâmpada ou algum equipamento residencial, como uma geladeira, televisão, e se não houver dispositivos de proteção, o equipamento pode ser danificado. Além de que esse curto-circuito instantâneo com alta dissipação de energia leva à geração de faíscas, podendo causar incêndios e explosões.

Os dispositivos de segurança que evitam esse tipo de curto-circuito consistem em equipamentos que abrem o circuito, interrompendo a passagem de corrente, uma vez que a corrente assume um valor determinado. Deste modo, estes dispositivos, que são os fusíveis e os disjuntores, evitam que a corrente ultrapasse um limite para que a integridade do sistema não seja comprometida.

Fórmulas


Exercícios

Exercício 1
(UNIFESP/2013)

Um rapaz montou um pequeno circuito utilizando quatro lâmpadas idênticas, de dados nominais 5W - 12V, duas baterias de 12V e pedaços de fios sem capa ou verniz. As resistências internas das baterias e dos fios de ligação são desprezíveis. Num descuido, com o circuito ligado e as quatro lâmpadas acesas, o rapaz derrubou um pedaço de fio condutor sobre o circuito entre as lâmpadas indicadas com os números 3 e 4 e o fio de ligação das baterias, conforme mostra a figura.

O que o rapaz observou, a partir desse momento, foi

Ilustração: Rapaz corpulento de camiseta, short e tênis acenando

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