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 CIRCUITOS ELÉTRICOS

  • Conceitos Fundamentais
    • Corrente elétrica (i): é determinada pela quantidade de partículas (q) negativas fluindo de forma ordenada no condutor em determinado tempo(∆t), assim, pode-se afirmar que a corrente elétrica é um fluxo de cargas. Tal ordenação das cargas negativas se dá quando é aplicado uma diferença de potencial(DDP) nas extremidades do condutor, consequentemente, um campo elétrico(E) não nulo surge no interior do condutor, mas a ordenação das cargas é devido ao surgimento de uma força elétrica(F) aplicada, logo;

i = n.e / ∆t  mas, q = n.e         então   i = q/∆t

A unidade de medida da corrente elétrica é o Amper(A) ou Coulomb por s (C/s)

      São dois os tipos de corrente elétrica; Corrente alternada(CA) e corrente continua(CC). A CC a intensidade do campo elétrico permanece constante no condutor, já CA a intensidade do campo elétrico varia no tempo.Ex:

Contudo, a corrente trabalhada por aqui vai ser CC. A corrente pode também sofrer efeitos de algumas grandezas, como:

Magnético: o campo magnético surge quando uma corrente elétrica percorre um condutor.

Térmico ou Joule: é caracterizado pela colisão entre as partículas de um condutor com as cargas elétricas da corrente elétrica, isso ocasiona um aquecimento do condutor, ou seja, quando a corrente flui por um circuito elétrico ele esquenta, isso é de fácil verificação, basta colocar um celular para carregar, a medida que este carrega também aquece até que a carga seja totalizada.

Químico: de forma sintética, ocorre quando a corrente flui em uma solução com íons onde as cargas se deslocam de um pólo para outro. Este efeito é encontrado em baterias e pilhas.

Luminoso: a corrente elétrica atravessa o gás rarefeito ocasionando a emissão de luz.

Fisiológico: ao ser conduzida pelo organismo vivo a corrente elétrica causa contrações musculares conhecido como choque elétrico. Caso tal corrente elétrica tenha intensidade de 10mA ou mais, pode acontecer comichões, contrações musculares com dor, queimaduras, paradas cardíacas ou mesmo a morte.
      Diferença de potencial elétrico(U) ou tensão elétrica: é uma grandeza associada a aplicação nas extremidades de um condutor, pólos de cargas diferentes para que assim surja uma força elétrica ordenando as cargas em uma direção, ou seja, surge a corrente elétrica dessa diferença de potencial que é a base do funcionamento de qualquer eletrônico. A unidade de medida no SI da tensão elétrica é o volts(V). Ex:

    • Trabalho elétrico e potencia elétrica(P): para que a carga possa fluir de um pólo para outra é necessário uma força aplicada, isso é o trabalho da força elétrica, ou seja:

τAB = q.(VA  - VB )      ou        τAB = q.U

A energia elétrica consumida pela DDP é dada por:

            Como P = τ / ∆t          à        P = q.U / (q/i)             à        i = q/ ∆t           à        P = U.i (potencia elétrica consumida). A unidade de medida da potencia elétrica é o watt(W)

    • Resistor (R): é um dispositivo elétrico que tem como principal função a diminuição da corrente elétrica, consequentemente, devido ao efeito Joule o resistor aquece. Uma propriedade fundamental do resistor é a resistência elétrica, que é a responsável de aquecer todo resistor por causa do embate entre as partículas que compõem o condutor e as cargas elétricas livre que compõem a corrente elétrica. A unidade de medida da resistência elétrica é o ohm (W).

 

Os dispositivos elétricos sempre são representados por símbolos, o resistor é representado por:

    • Leis de Ohm

Primeira Lei de Ohm: foi determinada experimentalmente por George Simon Ohm em meados do século XIX que demonstrou:

            U = R.i

Se a resistência elétrica(R) for constante, dizemos que o resistor é um resistor ôhmico que tem uma curva característica indicado no gráfico abaixo:


OBS: existem vários tipos de resistores, vários formatos que tem utilidades diversas, também existe uma variação de materiais que são feitos, ou seja, o resistor tem grande importância na construção de materiais elétricos de qualquer tipo.

Para facilitar a leitura da capacidade dos resistores foi criada a tabela de cores, nessa a partir de cores é possível ler qual capacidade de um resistor sem precisar o uso do multímetro, por exemplo.


Reostato é um tipo de resistor que varia sua resistência elétrica, muito aplicado em rádios, quando o usuário vai mudar de estação na realidade está mudando a resistência elétrica utilizando um reostato. A simbologia de um reostato é dado por:

    • Segunda Lei de Ohm: relaciona a resistividade(R) de é uma característica do material com a constante de proporcionalidade chamada de resistividade (r), o tamanho do condutor(l) e a área (A) de uma seção transversal desse condutor, ou seja;

R = r. (l/A)
Condutividade elétrica de um material(s) é inversamente proporcional a resistividade elétrica, logo pode-se escrever matematicamente que:
s = 1 / r
A unidade de medida da condutividade elétrica é o siemens por metro (S / m)

OBS:
A variação da resistividade elétrica (∆r) de uma material a medida que vai aquecendo ou resfriando é dado pelo coeficiente(α) de temperatura do material em temperatura ambiente(T0) até uma temperatura máxima de 400ᵒC(T), então:
r = αr0(T – T0)
Essa mesma expressão pode ser utilizada também para variação da resistividade(∆R), ou seja;
∆R = α.R0(T – T0)

    • Efeito Joule: como já mencionado antes, tal efeito se dá entre o enfrentamento das partículas que compõem o condutor e as cargas elétricas que compõem a corrente elétrica. A energia elétrica que o resistor consome é dissipada em forma de calor, logo;


P = U.i                        mas      U = R.i            então substituindo a primeira lei na da potencia, temos;
P = R.i.i          então   P = R.i2

Ainda pode-se obter um nova expressão que relaciona potencia, DDP e resistência, basta isolar a corrente elétrica na primeira lei de ohm e aplica na primeira expressão da potencia, ou seja, i = U/R, logo;
P = (U.U)/R    finalmente tem-se       P = U2 / R

Ainda pode-se obter a expressão para o trabalho(τ) da força elétrica relacionado com a resistência e a corrente elétrica, ou seja,
P = τ / ∆t         e          P = R.i2           então substituindo a segunda na primeira temos;
R.i2 = τ / ∆t     finalmente temos        τ  = R.i2. ∆t

    • Associação de Resistores: caracterizado a forma que resistores estão conectados em um determinado circuito elétrico. Dependendo da forma que os resistores estão associados, a corrente elétrica ou a tensão elétrica ou outra grandeza física é mais intensa ou não.


Os resistores podem ser associados de duas formas: em série ou em paralelo.

Associação em série: nessa os resistores estão distribuídos de tal forma que a intensidade da corrente elétrica é mesma que flui por todos os resistores que compõem esta associação. Então a tensão elétrica total nessa associação é igual a soma das tensões em cada resistor, ou seja;
                       Utotal = U1 + U2 + U3 +......+Un   então da primeira Lei temos U = r.i          ou seja; U1 = R1.i1 e assim por diante com todos os outros resistores, logo;

i1 = i2 = i3 = i4 = i5 = ......= i    , assim,   Rtotal.i = R1.i + R2.i + R3.i .....+ Rn.i

Finalmente; Req = R1 + R2 + R3 + .....+ Rn (Eq. Para determinar o resistor equivalente desse tipo de associação).

Determinar o resistor equivalente é dizer que os resistores que compõem esta associação podem ser substituídos por apenas um resistor, o resistor equivalente.

Associação em paralelo: nessa os resistores estão distribuídos de tal forma que a intensidade da tensão elétrica é mesma em todos os resistores que compõem esta associação. Então a tensão elétrica total nessa associação é igual a soma das tensões em cada resistor, ou seja;
                       Utotal = U1 + U2 + U3 +......+Un   então da primeira Lei temos U = r.i          ou seja; U1 = R1.i1 e assim por diante com todos os outros resistores, logo;

U1 = U2 = U3 = U4 = U5 = ......= U    , assim,   itotal = U/R1 + U/R2 + U/R3 .....+ U/Rn
U/Rtotal = U/R1 + U/R2 + U/R3 .....+ U/Rn

Finalmente; 1/Req = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + .....+1/Rn (Eq. Para determinar o resistor equivalente desse tipo de associação).

Determinar o resistor equivalente é dizer que os resistores que compõem esta associação podem ser substituídos por apenas um resistor, o resistor equivalente.

Associação mista: nessa associação podem existir resistores associados nos dois tipos em um circuito elétrico.

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