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A forma mais simples de se imaginar um circuito em série é pensar em uma cadeia de elementos. Esses elementos são dispostos consecutivamente em uma mesma linha. Assim, existe somente um único caminho que os elétrons e as cargas podem percorrer. Após entender os detalhes envolvidos em uma associação em série, você poderá aprender a calcular a corrente elétrica total.
Passos
Entenda o que é corrente. A corrente elétrica é um fluxo ordenado de partículas eletricamente carregadas (como elétrons) ou, matematicamente, o fluxo de cargas por unidade de tempo. Mas o que é uma carga e um elétron? O elétron é uma partícula carregada negativamente. A carga é uma propriedade física da matéria usada para identificar se ela está carregada positivamente ou negativamente. Assim como os ímãs, as cargas de sinais iguais se repelem e as cargas de sinais contrários se atraem.[1]- Vamos usar a água como exemplo. A água é formada pela molécula H2O (dois átomos de hidrogênio e um átomo de oxigênio ligados entre si). Sabemos que o átomo de oxigênio e os átomos de hidrogênio se unem para formar a molécula H2O.
- Uma corrente de água é composta por milhões e milhões dessas moléculas. Podemos comparar a corrente de água à corrente elétrica; as moléculas de água são equivalentes aos elétrons, e a carga elétrica, aos átomos de hidrogênio e oxigênio.
Entenda o que é diferença de potencial. A diferença de potencial (também chamada de tensão elétrica) é a "força" que provoca o movimento da corrente elétrica. Para ilustrar o que é diferença de potencial, vamos pensar em uma bateria: dentro dela, ocorre uma série de reações químicas que levam a uma aglomeração de elétrons no seu polo positivo.[2]- Se conectarmos o polo positivo da bateria ao polo negativo através de um fio, provocaremos a movimentação dos elétrons aglomerados (isso se deve à repulsão das cargas de mesmo sinal).
- Devido ao princípio de conservação da carga elétrica (ele diz que a soma das cargas elétricas em um sistema isolado deve ser constante), os elétrons tentarão balancear as cargas do sistema saindo do ponto de maior concentração para o ponto de menor concentração (ou seja, do polo positivo para o polo negativo da bateria).
- Essa movimentação de elétrons produz uma diferença de potencial (ou simplesmente ddp).
Entenda o que é resistência. A resistência elétrica é a oposição ao fluxo de cargas elétricas.[3]- Os resistores são componentes de um circuito que possuem uma resistência significativa. Eles são dispostos em determinadas partes do circuito para regular o fluxo de cargas ou elétrons.
- Se não existirem resistores no circuito, não haverá controle do movimento de elétrons. Nesse caso, o equipamento pode receber cargas em excesso e acabar sendo danificado (ou superaquecendo devido à sobrecarga).
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Calcule a resistência total. Pegue um canudinho de plástico e beba um pouco de água. Agora, amasse algumas partes do canudo e beba novamente. Notou alguma diferença? O líquido deverá vir em menor quantidade. Cada parte amassada do canudo funciona como um resistor; elas servem para bloquear a passagem da água (que por sua vez faz o papel da corrente elétrica). Como os amassados estão em sequência, dizemos que eles estão em série. Com base nesse exemplo, podemos concluir que a resistência total de uma associação em série será igual a:[4]- R(total) = R1 + R2 + R3.
Calcule a diferença de potencial total. Na maioria das questões, o valor da ddp total será fornecido no enunciado; se o problema fornecer os valores individuais da ddp de cada resistor, podemos usar a seguinte equação:- U(total) = U1 + U2 + U3.
- Por que essa equação? Vamos considerar novamente a analogia do canudinho: depois de amassá-lo, o que acontece? Você precisará fazer mais força para que a água passe pelo canudo. A força total que você faz depende da soma das forças necessárias em cada ponto amassado do canudo.
- A "força" necessária é a diferença de potencial; é ela que provoca o fluxo da água ou da corrente elétrica. Sendo assim, podemos concluir que a ddp total será calculada pela soma das ddps individuais de cada resistor.
Calcule a corrente elétrica total do sistema. Usando novamente a analogia do canudo: depois de amassá-lo, a quantidade de água muda? Não. Apesar da velocidade do líquido mudar, a quantidade de água que você bebe não se altera. Se observar a água que entra e que sai pelas partes amassadas do canudo, você perceberá que essas duas quantidades são iguais; isso se deve à velocidade fixa do fluxo de líquido. Sendo assim, podemos afirmar que:[5][6]- I1 = I2 = I3 = I(total).
Relembre a primeira lei de Ohm. Além das equações mostradas, você também pode usar a equação da lei de Ohm: ela relaciona a diferença de potencial (ddp), a corrente e a resistência totais do circuito.[7]- U(total) = I(total) x R(total).
Resolva o exemplo a seguir. Três resistores, R1 = 10Ω, R2 = 2Ω e R3 = 9Ω, estão associados em série. A diferença de potencial aplicada ao circuito é de 2,5V. Calcule o valor da corrente elétrica total. Para começar, vamos calcular a resistência total do circuito:[8]- R(total) = 10Ω + 2Ω + 9Ω.
- Portanto, R(total)= 21Ω
Aplique a lei de Ohm para determinar o valor da corrente elétrica total:[9]- U(total) = I(total) x R(total).
- I(total) = U(total)/R(total).
- I(total) = 2,5V/21Ω.
- I(total) = 0,1190A.
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Entenda o que é um circuito em paralelo. Como o próprio nome diz, o circuito em paralelo contém elementos dispostos em paralelo. Para isso, usa-se múltiplos fios para criar caminhos por onde a corrente elétrica pode viajar.[10]
Calcule a diferença de potencial total. Como todas as terminologias já foram explicadas na seção anterior, vamos diretamente para a demonstração das equações aplicadas em circuitos em paralelo. Para exemplificar, imagine um cano com duas bifurcações (com diâmetros diferentes). Para que a água passe pelos dois canos, será preciso aplicar forças diferentes em cada um deles? Não. Você vai precisar apenas de força suficiente para fazer a água fluir. Sendo assim, considerando que a água faz o papel da corrente elétrica e que a força faz o papel da diferença de potencial, podemos afirmar que:[11]- U(total) = U1 = U2 = U3.[12]
Calcule a resistência elétrica total. Suponha que deseje regular a água que passa pelos dois canos. Qual seria a melhor forma de fazer isso? Usar apenas uma válvula de bloqueio em cada bifurcação ou instalar várias válvulas consecutivamente? A segunda opção seria a melhor escolha. Para resistências, a analogia funciona da mesma maneira. Resistores ligados em série regulam a corrente elétrica de uma maneira muito mais eficiente do quando estão ligados em paralelo. A equação usada para calcular a resistência total em um circuito em paralelo é:[13]- 1/R(total) = (1/R1) + (1/R2) + (1/R3).
Calcule a corrente elétrica total. Voltando ao nosso exemplo: o caminho pelo qual a água passa está dividido. O mesmo se aplica à corrente elétrica. Como existem múltiplos caminhos por onde as cargas podem percorrer, dizemos que a corrente está dividida. Os diferentes caminhos não vão receber necessariamente a mesma quantidade de cargas. Isso depende das resistências e dos materiais de cada fio. Sendo assim, a equação para calcular a corrente elétrica total será o somatório das correntes de cada caminho:[14]- I(total) = I1 + I2 + I3.
- Não podemos usar essa fórmula sem os valores individuais de corrente elétrica. Para esse caso, podemos aplicar também a primeira lei de Ohm.
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Resolva o exemplo a seguir. Quatro resistores de um circuito estão divididos em dois fios em paralelo. O primeiro fio contém R1 = 1Ω e R2 = 2Ω. O segundo fio contém R3 = 0,5Ω e R4 = 1,5Ω. Os resistores de cada fio estão associados em série. A diferença de potencial aplicada no primeiro fio é de 3V. Calcule o valor total da corrente elétrica.
Comece calculando a resistência total. Como os resistores de cada fio estão conectados em série, primeiro calculamos a resistência total em cada fio.- R(1+2) = R1 + R2.
- R(1+2) = 1Ω + 2Ω.
- R(1+2) = 3Ω.
- R(3+4) = R3 + R4.
- R(3+4) = 0,5Ω + 1,5Ω.
- R(3+4) = 2Ω.
Substitua os valores do passo anterior na equação para associações em paralelo. Como os fios estão associados em paralelo, aplicamos agora os valores do item anterior na equação para conexões em paralelo.- (1/R(total)) = (1/R(1+2)) + (1/R(3+4)).
- (1/R(total)) = (1/3Ω) + (1/2Ω).
- (1/R(total)) = 5/6.
- R(total) = 1,2Ω.
Calcule a diferença de potencial total. Como a diferença de potencial é a mesma em uma associação em paralelo, podemos dizer que:- U(total) = U1 = 3V.
Aplique a lei de Ohm. Agora, use a lei de Ohm para determinar o valor da corrente elétrica total.- U(total) = I(total) x R(total).
- I(total) = U(total)/R(total).
- I(total) = 3V/1,2Ω.
- I(total) = 2,5 A.
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Dicas
- O valor da resistência total de um circuito em paralelo é sempre menor que o valor da resistência de todos os outros resistores da associação.
- Terminologias importantes:
- Circuito elétrico: conjunto de componentes (resistores, capacitores e indutores) conectados por fios por onde uma corrente elétrica passa ordenadamente.
- Resistores: componentes que podem reduzir a intensidade de uma corrente elétrica.
- Corrente elétrica: fluxo ordenado de cargas elétricas. Sua unidade no S.I. é o ampère (A).
- Diferença de potencial (ddp): trabalho produzido por unidade de carga elétrica. Sua unidade no S.I. é o volt (V).
- Resistência elétrica: medida de oposição à passagem de corrente elétrica. Sua unidade no S.I. é o ohm (Ω).
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Referências
- ↑ https://whatis.techtarget.com/definition/current
- ↑ https://learn.sparkfun.com/tutorials/voltage-current-resistance-and-ohms-law/all
- ↑ https://www.electronics-notes.com/articles/basic_concepts/resistance/what-is-resistance.php
- ↑ https://www.grc.nasa.gov/www/k-12/airplane/ohmrpar.html
- ↑ https://www.grc.nasa.gov/www/k-12/airplane/ohmrpar.html
- ↑ https://www.khanacademy.org/science/physics/circuits-topic/circuits-resistance/v/circuits-part-3
- ↑ https://www.khanacademy.org/science/physics/circuits-topic/circuits-resistance/v/circuits-part-2
- ↑ https://www.khanacademy.org/science/physics/circuits-topic/circuits-resistance/v/circuits-part-2
- ↑ https://www.allaboutcircuits.com/textbook/direct-current/chpt-2/voltage-current-resistance-relate/
- ↑ https://www.allaboutcircuits.com/textbook/direct-current/chpt-5/simple-parallel-circuits/
- ↑ https://www.allaboutcircuits.com/textbook/direct-current/chpt-5/simple-parallel-circuits/
- ↑ https://antimatter.ie/2013/02/04/resistors-in-series-and-parallel/
- ↑ https://www.allaboutcircuits.com/textbook/direct-current/chpt-5/simple-parallel-circuits/
- ↑ https://www.allaboutcircuits.com/textbook/direct-current/chpt-5/simple-parallel-circuits/
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