17- Use a lei de Lenz para determinar o sentido da corrente induzida que passa no resistor a b indicado na Figura 29.33, quando
( a ) a chave S é aberta depois de ficar fechada durante alguns minutos;
( b ) quando a bobina B se aproxima da bobina A enquanto a chave permanece fechada;
( c ) quando o valor da resistência R diminui enquanto a chave permanece fechada.
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Passo 1
Quando a chave S está fechada o campo magnético na bobina A segue o sentido da corrente e vai da esquerda para a direita (pois pela regra da mão direita temos que pegar a corrente que entra no tubo). Tal como nos mostra a figura.
Quando cessa esse campo magnético a bobina da direita sente falta desse campo magnético que tinha antes e passa a produzir um campo magnético para a direita também e para isso a corrente induzida passa a ter o sentido horário. Ou de a para b no resistor. (a diferença de sentido é por conta da mudança de sentido da enrolação da espira , a espira A é enrolada inclinada para baixo e a espira B para cima, dando pela regra da mão direita uma mudança de sentido do campo magnético).
Passo 2
Pegando o centro do eixo da bobina em a nós temos uma queda na intensidade a medida que a bobina B se afasta da bobina A.
Ou seja o campo em B 1 é maior que em B 2. Então quando a bobina B se aproxima de A pela Lei de Lenz acaba por surgir um campo magnético para a esquerda de forma a repelir o campo magnético extra que aponta para a direita advinda da bobina em A. E como esse campo magnético induzido aponta para a esquerda então corre na bobina uma corrente induzida no sentido anti-horário. Ou de b para a no resistor.
Passo 3
Quando o valor de R diminui gradativamente, mais corrente pode passar pela bobina A e quanto mais corrente mais campo magnético sendo gerado para a direita. Para se opor a esse movimento a bobina B vai requerer um campo magnético que aponte para a esquerda e para fazer isso a corrente induzida vai estar no sentido anti-horário na circuito onde a bobina B está, ou seja ela vai passar de b para a.
Circuito elétrico é uma ligação de elementos, como geradores, receptores, resistores, capacitores, interruptores, feita por meio de fios condutores, formando um caminho fechado que produz uma corrente elétrica.
Veja também: 5 coisas que você precisa saber sobre Eletricidade
Tópicos deste artigo
Para que servem os circuitos elétricos?
Os circuitos elétricos são utilizados para ligar dispositivos elétricos e eletrônicos de acordo com suas especificações de funcionamento, referentes à tensão elétrica de operação e à corrente elétrica suportada pelo dispositivo. Além disso, são usados para distribuição da energia elétrica em residências e indústrias, conectando diversos dispositivos elétricos por meio de fios condutores, conectores e tomadas.
De acordo com seus componentes básicos, um circuito elétrico pode desempenhar diversas funções: eliminar picos de corrente elétrica, que são prejudiciais para alguns aparelhos mais sensíveis; aumentar a tensão elétrica de entrada ou, até mesmo, abaixá-la; transformar uma corrente alternada em uma corrente contínua; aquecer algo, entre outras.
Mapa Mental: Circuitos Elétricos
*Para baixar o mapa mental em PDF, clique aqui!
Como funciona um circuito elétrico?
Quando se aplica uma diferença de potencial em um circuito elétrico usando, por exemplo, uma pilha, os elétrons passam a fluir nesse circuito até que essa pilha descarregue por completo. Parte da energia de cada um desses elétrons é, então, captada e utilizada pelos diferentes elementos do circuito, transformando-a em diferentes formas de energia, como luz, som, movimento, calor, etc.
Os circuitos elétricos são representados por esquemas, que podem ser bastante complexos caso não saibamos identificar alguns de seus elementos básicos: ramos, malhas e nós. A figura abaixo mostra um circuito elétrico não muito simples, contendo um gerador, resistores e aparelhos de medida (um voltímetro e um amperímetro) ligados em um circuito formado por três malhas, dois nós e quatro ramos. Observe:
Entenda melhor o que são esses elementos.
Nós: pontos do circuito que ligam dois ou mais ramos. Nesses pontos, a corrente elétrica é sempre a mesma, antes e após sua passagem por eles.
Ramos: caminhos entre dois nós consecutivos. A corrente elétrica ao longo de um ramo é constante.
Malhas: caminhos fechados formados pelos ramos de um circuito, no qual pode haver malhas internas e externas.
Elementos dos circuitos elétricos
Os circuitos elétricos podem ser formados por diversos elementos de acordo com a função desejada. Confira abaixo alguns dos elementos mais comuns utilizados nos circuitos elétricos.
Resistores
Resistores são dispositivos elétricos com alta resistência elétrica, isto é, opõem-se fortemente à passagem de corrente elétrica. Quando esses elementos são percorridos por uma corrente elétrica, produzem uma queda no potencial elétrico do circuito, consumindo essa energia por meio do efeito Joule. Dessa forma, é provocado um grande aquecimento do circuito.
Essa classe de dispositivo é comumente usada em ferros de passar, chuveiros elétricos, churrasqueiras elétricas, aquecedores, etc.
A figura abaixo representa o símbolo usado nos esquemas de circuitos elétricos para indicar a presença de um resistor:
Veja também: Aprenda mais sobre os resistores
Geradores
Geradores são elementos responsáveis por fornecer energia para os circuitos elétricos. Quando ligamos os terminais de um gerador aos fios condutores de um circuito, forma-se uma diferença de potencial, que promove a movimentação dos elétrons.
Quando a movimentação dos elétrons ocorre em um único sentido, dizemos que o circuito é percorrido por uma corrente direta; se o sentido da corrente variar periodicamente com o tempo, dizemos que ele é percorrido por uma corrente alternada.
Alguns exemplos de geradores de corrente contínua são as pilhas e baterias. Já as tomadas residenciais são geradores de correntes alternadas.
Os geradores ideais, aqueles que não promovem nenhuma perda de energia durante seu funcionamento, são representados nos circuitos por meio do símbolo abaixo:
Os geradores que utilizamos em nosso dia a dia são considerados geradores reais, uma vez que todos eles acabam dissipando uma parte da energia elétrica durante seu funcionamento. A principal característica desses geradores é a presença de uma resistência interna, responsável pela perda de energia em forma de calor em decorrência do efeito Joule. Os geradores reais são representados pelo símbolo abaixo:
A corrente elétrica que atravessa um circuito sempre percorrerá os geradores no sentido do polo negativo para o polo positivo, que representam os níveis de energia baixo e alto, respectivamente. Portanto, quando passar por um gerador, a corrente elétrica deve ganhar energia e não perdê-la. É por isso que ela sempre percorrerá os geradores pelo terminal de menor potencial em direção ao terminal de maior potencial.
Por fim, a quantidade de energia que um gerador consegue fornecer a um circuito recebe, por razões históricas, o nome de força eletromotriz.
Veja também: Qual é a diferença entre pilhas e baterias?
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Chaves ou interruptores
Chaves ou interruptores são dispositivos de segurança que servem para “abrir” ou “fechar” um circuito, podendo permitir ou interromper o fluxo de corrente elétrica. Esses elementos são fundamentais para quaisquer circuitos elétricos e são representados pelo símbolo mostrado abaixo:
Mesmo vindo em diferentes formatos, todos os interruptores exercem a mesma função: interromper a passagem de corrente elétrica.
Fusíveis
Fusíveis são dispositivos de segurança que interrompem a passagem de corrente elétrica nos circuitos caso exceda uma margem de segurança. Os fusíveis mais comuns são produzidos com uma liga metálica de baixo ponto de fusão. Quando atravessadas por grandes correntes elétricas, essas ligas metálicas derretem, interrompendo o circuito.
O símbolo desses fusíveis nos circuitos elétricos é mostrado abaixo:
Veja também: O que é um reostato?
Capacitores
Capacitores ou condensadores são utilizados para o armazenamento de cargas elétricas em um circuito. Esses dispositivos são capazes de reter grandes quantidades de cargas elétricas, liberando-as rapidamente quando solicitados. Por isso, são muito utilizados em circuitos que necessitam de grandes correntes elétricas para operarem corretamente.
Os capacitores são representados com duas barras paralelas de mesmo tamanho, como mostra a figura abaixo:
Além de sua finalidade primária, os capacitores também podem ser utilizados para atenuar variações de corrente elétrica em um circuito, uma vez que esses dispositivos só permitem a passagem de corrente elétrica para o interior de um circuito após estarem completamente carregados.
Os capacitores são parecidos com pequenas pilhas.
Exemplos de circuitos
A figura abaixo mostra um circuito simples, composto de um gerador, um interruptor e um resistor:
Confira abaixo mais um exemplo de circuito. Nesse caso, formado por um capacitor, um gerador, uma chave e um resistor:
Veja também: Associação de capacitores
Receptores
Receptores são dispositivos que transformam a energia elétrica presente em um circuito em outras formas de energia, como a energia cinética. O que difere um receptor de um resistor é que este transforma a energia elétrica exclusivamente em calor. Televisores, computadores, lâmpadas e caixas de som são exemplos de receptores.
Podemos representar os receptores ideais (aqueles que não apresentam resistência interna) ligados em um circuito por meio do símbolo abaixo:
Apesar de parecidos com geradores, os receptores são percorridos por correntes que vão do terminal negativo para o positivo.
A única coisa que difere os receptores dos geradores nos esquemas dos circuitos elétricos é o sentido da corrente: ao passar por um receptor, a corrente elétrica está perdendo parte de sua energia, a qual entra pelo terminal positivo, de maior potencial, e sai do receptor pelo terminal negativo, de menor potencial.
A maioria dos receptores consome parte de sua energia em decorrência do Efeito Joule e são, por isso, chamados de receptores reais. Sua representação é feita pelo símbolo abaixo:
Veja também: Cálculos com receptores
Circuitos em série e em paralelo
Os circuitos elétricos podem ter seus dispositivos associados em diferentes configurações. Quando os elementos de um circuito são ligados no mesmo ramo, dizemos que eles são ligados em série. Se os elementos de um circuito estiverem ligados em ramos diferentes, mas sob a mesma diferença de potencial, dizemos que são ligados em paralelo.
Ligação em série
Quando os dispositivos de um circuito encontram-se ligados no mesmo ramo, serão percorridos pela mesma corrente elétrica. O potencial elétrico, no entanto, decrescerá de acordo com a passagem dos elétrons por esses elementos. Observe alguns elementos dos circuitos ligados em série:
Resistores em série
Capacitores em série
Ligação em paralelo
As ligações em paralelo ocorrem sempre entre dois nós, apresentando-se em dois ou mais ramos. Nessas ligações, a corrente elétrica é dividida entre os ramos, os quais apresentam o mesmo potencial elétrico. Confira nas figuras abaixo alguns elementos dos circuitos em paralelo:
Resistores ligados em paralelo
Capacitores em paralelo
Ligações mistas
As ligações mistas são aquelas que apresentam elementos ligados em série e em paralelo ao mesmo tempo. Veja alguns exemplos de elementos ligados nesse tipo de configuração:
Ligação mista de resistores
Capacitores em ligação mista
Dispositivos de controle
Os dispositivos de controle são utilizados para medir e controlar as variáveis mais importantes de um circuito elétrico, como potencial elétrico e corrente elétrica. Os principais dispositivos de controle conhecidos são os amperímetros e os voltímetros.
Veja também: Medidores de grandezas elétricas
Amperímetros
Os amperímetros são dispositivos que medem corrente elétrica. São formados por galvanômetros (dispositivos sensíveis capazes de medir baixas intensidades de corrente elétrica), os quais se ligam em série com o circuito no ramo em que se deseja determinar o módulo da corrente elétrica.
Em geral, os amperímetros têm resistência elétrica muito baixa e não devem ser ligados em paralelo em nenhuma ocasião. O símbolo usado para representar os amperímetros é mostrado na figura abaixo:
Os amperímetros são dispositivos de controle que medem a corrente elétrica no circuito.
Voltímetros
Os voltímetros são usados para determinar a diferença de potencial elétrico entre dois pontos de um circuito. Assim como os amperímetros, também são formados a partir de galvanômetros, no entanto, apresentam resistência elétrica altíssima e devem ser conectados sempre em paralelo ao ramo do circuito em que se deseja determinar a tensão elétrica.
Os voltímetros são representados pelo símbolo abaixo:
Confira um esquema que mostra um circuito constituído por um gerador, uma chave interruptora, um resistor e dois dispositivos de controle: um voltímetro e um amperímetro.
Circuito com gerador, chave, resistor, voltímetro e amperímetro
Veja também: Efeitos da passagem da corrente elétrica
Fórmulas para os circuitos elétricos
Existem algumas fórmulas que podem ser utilizadas para determinar grandezas como corrente elétrica, potencial elétrico, resistência equivalente, potência elétrica, carga elétrica e diversas outras em circuitos elétricos simples.
Confira abaixo algumas das fórmulas mais importantes para o estudo dos circuitos elétricos e seus enunciados:
1ª lei de Ohm
A resistência elétrica dos resistores ôhmicos é constante e é dada pela razão do potencial elétrico aplicado sobre eles pela corrente elétrica que os atravessa.
U – tensão elétrica ou diferença de potencial
R – resistência elétrica
i – corrente elétrica
Potência elétrica
A potência elétrica dos resistores ôhmicos é a taxa de realização de trabalho desses dispositivos a cada segundo.
P – Potência
Resistência equivalente em série
A resistência equivalente de uma associação de resistores é dada pela soma das resistências individuais.
Resistência equivalente em paralelo
O inverso da resistência equivalente de uma associação de resistores é dado pela soma dos inversos das resistências individuais.
Capacitância
Capacitância é a medida da carga elétrica armazenada em um condensador para uma dada diferença de potencial.
C – capacitância
Q – carga elétrica armazenada
U – tensão elétrica
Capacitância equivalente em série
O inverso da capacitância equivalente de uma associação de capacitores em série é dado pela soma dos inversos das capacitâncias individuais
Capacitância equivalente em paralelo
A capacitância equivalente de uma associação de capacitores em paralelo é dada pela soma das capacitâncias individuais.
Lei dos Nós – 1ª lei de Kirchoff
A soma das correntes elétricas que chegam em um nó do circuito é igual à soma das correntes elétricas que deixam esse nó.
Lei das Malhas – 2ª lei de Kirchoff
A soma dos potenciais elétricos em uma malha do circuito é sempre igual a zero.
Exercícios sobre circuitos elétricos
Observe o circuito mostrado na figura abaixo:
Nesse circuito, uma bateria de 30 V alimenta uma associação de três resistores ligados em paralelo. Determine:
a) a resistência equivalente do circuito.
b) a corrente elétrica medida pelo amperímetro A.
c) a tensão elétrica nos terminais do resistor de 10 Ω.
d) a potência dissipada pelo resistor de 10 Ω.
Resolução
a) Como os três resistores estão em paralelo, utilizaremos a equação abaixo para determinar a resistência equivalente do circuito:
Resultando em:
b) O amperímetro A está ligado em série com a bateria que alimenta o circuito, logo, medirá o módulo da corrente elétrica total. Essa corrente elétrica pode ser calculada por meio da 1ª lei de Ohm:
c) Para calcularmos o potencial elétrico nos terminais do resistor de 10 Ω, é necessário notarmos que ele está ligado em série com dois resistores idênticos associados em paralelo. A resistência equivalente dos dois resistores de 20 Ω é, portanto, de 10 Ω.
Dessa forma, dos 30 V fornecidos ao circuito, 15 V são aplicados aos terminais do resistor de 10 Ω. Os outros 15 V são aplicados aos terminais da associação dos resistores de 20 Ω. Logo, o potencial elétrico nesse resistor é de 15 Ω.
d) Podemos determinar a potência dissipada pelo resistor de 10 Ω se percebermos que a corrente elétrica que passa por ele é de 2A. Dessa forma, utilizamos a fórmula de potência que relaciona tensão elétrica e corrente elétrica: