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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.

Parte 1
Parte 1 de 4:

Aprendendo a terminologia básica

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  1. 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 H 2 O (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 H 2 O.
    • 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.
  2. 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).
  3. 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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Parte 2
Parte 2 de 4:

Calculando a corrente elétrica total de um circuito em série

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  1. 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) = R 1 + R 2 + R 3 .
  2. 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) = U 1 + U 2 + U 3 .
    • 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.
  3. 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]
    • I 1 = I 2 = I 3 = I (total) .
  4. 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) .
  5. Três resistores, R 1 = 10Ω, R 2 = 2Ω e R 3 = 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
  6. [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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Parte 3
Parte 3 de 4:

Calculando a corrente elétrica total de um circuito em paralelo

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  1. 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]
  2. 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) = U 1 = U 2 = U 3 . [12]
  3. 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/R 1 ) + (1/R 2 ) + (1/R 3 ) .
  4. 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) = I 1 + I 2 + I 3 .
    • 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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Parte 4
Parte 4 de 4:

Resolvendo um exemplo com circuitos em paralelo e em série

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  1. Quatro resistores de um circuito estão divididos em dois fios em paralelo. O primeiro fio contém R 1 = 1Ω e R 2 = 2Ω. O segundo fio contém R 3 = 0,5Ω e R 4 = 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.
  2. Como os resistores de cada fio estão conectados em série, primeiro calculamos a resistência total em cada fio.
    • R (1+2) = R 1 + R 2 .
    • R (1+2) = 1Ω + 2Ω .
    • R (1+2) = 3Ω .
    • R (3+4) = R 3 + R 4 .
    • R (3+4) = 0,5Ω + 1,5Ω .
    • R (3+4) = 2Ω .
  3. 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 .
  4. Como a diferença de potencial é a mesma em uma associação em paralelo, podemos dizer que:
    • U (total) = U 1 = 3V .
  5. 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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