O Amperímetro e o Voltímetro e Circuitos RC

Para que possamos descobrir qual a intensidade de uma corrente elétrica que passa por um fio, por exemplo, nós utilizamos o aparelho chamado Amperímetro. O Amperímetro mede as correntes continuas e alternadas, sua resistências interna deve ser sempre muito menor que as outras resistências presentes em um circuito, ele deve ser ligado em série e sua unidade de medida no Sistema Internacional é o ÁMPERE.

        Da mesma forma, para que nós possamos identificar a diferença de potencial entre dois pontos, utilizamos o aparelho chamado Voltímetro, e diferente do Amperímetro, a sua resistência deve ser muito maior que qualquer outra resistência presente no circuito e sua unidade de medida é dada em VOLTS.

Modelo de Multímetro (Amperímetro e Voltímetro)

Agora que aprendemos como encontrar o valor de corrente e de diferença de potencial entre dois pontos, vamos entender como funciona um Circuito RC, ou seja, um circuito que possui um resistor, um capacitor e uma força eletromotriz atuante.

        Esse é um modelo de Circuito RC:

                                              

E para entender como é o seu funcionamento, devemos focalizar os pontos “a”, “b” e “S”, pois para que esse tipo de circuito entre em funcionamento, é necessário que ele esteja completamente carregado, e para que isso aconteça a chave denominada como “S” deve ser deslocada para o ponto “a”, a partir disso o capacitor do circuito começa a ser carregado.

      A equação utilizada para o cálculo do Carregamento do Circuito é dada por: 

        Tal equação é composta pela definição da Lei das Malhas de Kirchoff, que diz que a soma das ddp’s em um circuito fechado é nula, pela equação que define a 1ª Lei de Ohm (U = R_.i) e pela equação de corrente elétrica.

É importante saber qual a grande diferença entre Circuitos normais e Circuitos RC. Circuitos RC têm uma variação, de acordo com o tempo, nas cargas (q) e nas correntes (i), isso ocorre quando o capacitor estiver totalmente carregado e pronto para ser descarregado. O tempo gasto para o carregamento completo do capacitor é calculado através da Constante de Tempo Capacitiva (τ=RC).

        
       Para se descarregado, quando o seu potencial for igual à sua força eletromotriz, a chave “S” do circuito será deslocada para o ponto “b”, iniciando dessa maneira o descarregamento do capacitor.

Cálculo de Circuitos com mais de uma Malha

       Olá pessoal, nos vídeos a seguir, sera mostrado um exercício e sua explicação segundos as leis de Kirchhoff.

       Fique ligado que no próximo post vamos falar de O Amperímetro e o Voltímetro e Circuitos RC

Diferença de Potencial entre Dois Pontos

       Segundo o Instituto de Física da UFRGS “a diferença de potencial elétrico entre dois pontos A e B de uma região que possui um campo elétrico é definida como sendo o Trabalho necessário para deslocar uma carga unitária de A até B”, ou seja:

        Podemos observar tal fórmula no vídeo de resolução do exercício a seguir:

                                       

        Vamos continuar calculando, no próximo post, vamos mostrar mais algumas regras importantes e demonstrar um exercício sobre CIRCUITOS COM MAIS DE UMA MALHA

Resistência Interna de uma Fonte real

     No post anterior, você aprendeu como calcular a corrente elétrica em um circuito de uma malha com uma fonte ideal. Agora imagine um circuito que possua uma fonte que apresente uma resistência interna r além do resistor externo. Esta resistência interna é na verdade a resistência dos materiais condutores de que são feitas as fontes. Na representação de um circuito com fonte real, a resistência interna e a fonte aparecem separadamente, mas na verdade a resistência é parte da fonte. Veja na imagem abaixo:

     Para calcular a corrente em um circuito como este, usaremos a Lei das malhas de Kirchhoff, vista no post anterior. O conceito é o mesmo, só que neste acrescenta-se  –ri da resistência interna.  Obtemos então a equação (9):

    E a corrente elétrica i é dada pela equação (10):

  O termo “em série” tem a ver com a maneira como são ligadas as resistências em um circuito com mais de uma resistência. Elas são ligadas uma após a outra com uma diferença de potencial V ligada em suas extremidades, sendo que a corrente   é a mesma em todas as resistências e a soma das diferenças de potencial é igual à diferença de potencial total Vt.

    Percorrendo o circuito a partir do ponto A, de acordo com a Lei de Kirchhoff, obtemos a equação (11):

   Então, a corrente elétrica para um circuito com mais de uma resistência é dada pela equação (12):

  Resistências em série também podem ser representadas por uma Resistência Equivalente R_eq, como representado na figura abaixo:

   Portanto, a corrente elétrica para um circuito representado por resistência equivalente é dada por:

    E ai, curtiu? Então deixe seu comentário aqui em baixo e se liga no que vai rolar em baixo e se liga no que vai rolar no próximo post: Vamos aprender a calcular a diferença de potencial entre dois pontos. Vai querer conferir?

Cálculo da Corrente em Circuitos de uma Malha

     Se você leu as postagens anteriores postadas aqui, provavelmente já sabe vários conceitos sobre circuitos elétricos, mas agora vamos aprender a calcular a corrente elétrica em um circuito com uma malha. Antes, uma pergunta: Você sabe o que é malha?

    Uma malha é o caminho fechado pelo qual passa a corrente elétrica. Por enquanto, vamos apenas discutir como calcular a corrente em circuitos com uma única malha.

     Podem ser utilizados dois métodos diferentes de calcular a corrente em um circuito simples de uma malha: O Método da Conservação de Energia e o Método do Potencial.

MÉTODO DA CONSERVAÇÃO DE ENERGIA

     Suponha um circuito com uma fonte ideal B com uma força eletromotriz , um resistor de resistência R e dois fios de ligação (que não apresentam resistência e tem o papel de apenas permitir a passagem da corrente elétrica (i) de um dispositivo para outro) como mostra a figura acima.

 

     Neste circuito, as cargas positivas percorrem os fios até encontrarem uma resistência (R), passando de um potencial mais alto para um potencial mais baixo, ou seja, ocorre dissipação de energia provocada pela resistência. Ao chegar próximo à fonte, as cargas, que daqui para frente chamaremos de dq, precisam vencer uma diferença de potencial, que provoca um campo elétrico diferente.  No entanto, uma carga positiva sozinha não consegue vencer este campo elétrico, sendo necessário que algo forneça energia potencial elétrica para esta carga passar da posição negativa (-) para a positiva (+). Este papel quem faz é a Fonte e a energia transmitida para a carga dq é chamada de força eletromotriz.

    Quando a carga atravessa a fonte B em um determinado intervalo de tempo dt, a fonte realiza um trabalho sobre a carga. Este trabalho pode ser expresso pela equação (1):

Portanto a Força Eletromotriz  é a razão entre o trabalho realizado pela fonte ao fornecer energia para uma carga e a própria carga, que é expressa pela equação (2):

     Sua unidade é o Volt (V).

    Utilizando então a definição de corrente  , podemos rearranjar esta razão para encontrar a carga dq, pela equação (3):

   Após fazer isto, substitui-se dq na equação (1) e obtemos a seguinte equação (4):

    Como a energia fornecida pela fonte é dissipada pelo resistor, podemos igualar a equação da Dissipação Resistiva P= I²R com a equação anterior, obtendo a equação (5):

  Logo, teremos a corrente elétrica de um circuito com uma malha, representado pela equação (6):

   Vale lembrar que a corrente i é a mesma em todo o circuito e que esta equação é aplicada em um modelo de fonte ideal, ou seja, aquela que não apresenta resistência em seu interior.

MÉTODO DO POTENCIAL OU LEI DE KIRCHHOFF

     Agora vamos supor o mesmo circuito do método anterior, representado pela imagem acima. Observe que foi escolhido um ponto qualquer, chamado de a, deste circuito.  Isto foi feito porque neste método determina-se um ponto no circuito e percorre-se ele somando todas as diferenças de potencial encontradas no caminho. Ao voltar ao ponto de partida também voltamos ao potencial de início.

      Dessa forma, podemos aplicar a Lei das Malhas de Kirchhoff, que diz que a soma algébrica das variações de potencial encontradas ao percorrer uma malha fechada é sempre zero.

     Vamos percorrer este circuito para melhor entender esta lei. Nosso ponto de partida é o ponto a, que possui um potencial Va. Ao atravessar a fonte, a carga ganha energia numa diferença de potencial +E. Continuamos percorrendo o circuito, anotando as mudanças de potencial. Após percorrer um dos fios e não encontrar nenhuma resistência, chegamos ao resistor R. Como há uma queda de potencial, pois passamos de um potencial mais alto para um mais baixo, anotamos esta diferença que é de -iR. Ao percorrer o fio sem encontrar nenhuma resistência chegamos novamente ao ponto a de potencial Va. Este caminho pode ser expresso pela equação (7):

      Logo, teremos a equação (8):

     Rearranjando a equação (8), obtemos a corrente elétrica pelo método do potencial, representada pela mesma equação (6) encontrada anteriormente:

    Entendido os dois métodos para o cálculo da Corrente elétrica de um circuito simples de uma malha? Então fique ligado nos próximos posts. Eles podem acrescentar ainda mais conhecimento sobre Circuitos Elétricos. O próximo será sobre outros circuitos de uma malha, abordando temas como os dois métodos para o cálculo da corrente com fonte real e Resistências em Série. Até lá!

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Trabalho, Energia e Força Eletromotriz

     Um circuito simples como o do desenho abaixo, é composto por uma fonte, que pode ser uma bateria por exemplo, e uma única resistência (R). A fonte irá manter o terminal positivo (+) a um potencial elétrico maior que a do terminal negativo (-).

       A força eletromotriz da fonte está indicada como uma seta apontada para cima, iniciada no terminal negativo em direção ao terminal positivo. Para que haja diferenciação entre as setas que indicam a direção da corrente, a seta da força eletromotriz possui um pequeno círculo na sua origem.

     Quando a fonte não está ligada a um circuito, a energia no interior da fonte não provoca nenhum movimento dos portadores de carga. Quando é ligada à algum circuito, essa energia faz com que os portadores de carga positivos (+ por convenção) sejam transferidos do terminal negativo para o terminal positivo da fonte, ou seja no sentido da flecha que representa a força eletromotriz.

     No interior de uma fonte os portadores de carga positivos se movem de uma região de baixo potencial elétrico (terminal negativo) para uma região de alto potencial elétrico (terminal positivo). Por este motivo deve haver uma energia na fonte para realizar um trabalho direcionando as cargas neste sentido.

O MESMO CIRCUITO EM PONTO DE VISTA DO TRABALHO

     Em um intervalo de tempo (dt) uma carga (dq) passa por todas as seções do circuito. A mesma carga entra no terminal de baixo potencial da fonte de tensão e sai do terminal de alto potencial. Para que a carga se mova dessa forma a fonte deve realizar um trabalho (dW).

Portanto, temos que:

     Resumindo em palavras podemos dizer que a Força Eletromotriz (E) de uma fonte é o Trabalho por Unidade de Carga (dq) que a fonte realiza para transferir cargas do terminal de baixo potencial para o de alto potencial. A sua unidade de medida no Sistema Internacional (SI) é o Joule por Coulomb.

FONTE DE TENSÃO IDEAL

        É aquela que não apresenta nenhuma resistência ao movimento das cargas de um terminal ao outro. A diferença de potencial entre os terminais de uma fonte ideal é igual à força eletromotriz da fonte.

Exemplo: uma bateria ideal com força eletromotriz de 12 V mantem uma diferença de 12 V entre os terminais, sem que haja interrupções ou percas durante o percurso.

FONTE DE TENSÃO REAL

     É aquela que possui uma resistência interna que se opõe ao movimento das cargas. Quando uma fonte real não está ligada a um circuito, e portanto, não conduz uma corrente elétrica a diferença de potencial entre os terminais é igual a força eletromotriz. Mas quando a fonte conduz uma corrente elétrica, a diferença de potencial é menor que a força eletromotriz.

     Bom, agora que já sabemos alguns conceitos importantes, vamos aprender como se faz o Cálculo da corrente em Circuitos de uma Malha

Bombeamento de Cargas

     Para passar cargas elétricas por um resistor precisamos de uma diferença de potencial do dispositivo. Uma das formas de fazer isso é ligar as extremidades do resistor ás placas de um capacitor carregado, porém, com o movimento das cargas, o capacitor descarregaria e depois de um certo tempo o potencial seria o mesmo nas duas placas, então não haveria mais um campo elétrico e a corrente deixaria de circular.

     Para produzir uma corrente estável precisamos de uma bomba de cargas que, realizando trabalho mantenha uma diferença de potencial entre dois terminais. Um dispositivo desse tipo é chamado de fonte de tensão ou fonte, que produz uma força eletromotriz.

     Uma fonte muito útil é a bateria, usada para alimentar de relógios de pulso a submarinos. A fonte mais importante na vida diária é o gerador de eletricidade, que através de ligações elétrica (fios) a partir de uma usina de energia elétrica cria uma diferença de potencial nas residências e escritórios. 

     Para pode entender mais como se dá a geração de energia, a seguir está um vídeo explicando como funciona uma usina hidroelétrica:

Porém, nem todas as fontes são artificiais, seres vivos como a enguia elétrica, seres humanos e até plantas podem gerar eletricidade. Agora que você já sabe como funciona uma corrente elétrica, no próximo post, vamos te mostrar um pouco sobre Trabalho, Energia e Força Eletromotriz