Circuito elétrico

O circuito elétrico é o conjunto de equipamentos elétricos ligados através de fios condutores que promovem a passagem de corrente elétrica. Os principais dispositivos elétricos são: capacitores, condutores, geradores, indutores, receptores, resistores, bem como os dispositivos de controle e de segurança.

Circuitos podem ter seus dispositivos ligados em série, em paralelo ou de forma mista e conseguem eliminar os picos de corrente elétrica, amplificar ou diminuir a tensão elétrica que entra, entre outras funções.

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Elementos do circuito elétrico

Os circuitos elétricos são constituídos por vários elementos, os quais são inseridos de acordo com suas funções. Abaixo, veremos os elementos mais utilizados.

• Capacitores ou condensadores

São elementos que têm a capacidade de armazenar cargas elétricas por meio de uma diferença de potencial elétrico. Além disso, podem ser utilizados com a finalidade de diminuir as variações de corrente elétrica nos circuitos.

Os capacitores são representados por duas barras, como podemos ver na imagem abaixo:

• Condutores

Condutores são elementos que fazem com que as cargas elétricas consigam circular com mais facilidade no circuito elétrico.

• Dispositivos de controle

São elementos utilizados com a finalidade de controlar a medição de alguns elementos do circuito elétrico, tais como a corrente elétrica e a tensão elétrica. Alguns elementos de controle são os amperímetros, voltímetros e multímetros.

➢ Amperímetro: mede a corrente elétrica e deve ser conectado em série no circuito elétrico, já que possui resistência elétrica baixa.

➢ Voltímetro: mede a tensão elétrica e deve ser conectado em paralelo no circuito elétrico, já que possui resistência elétrica alta.

➢ Multímetro: mede a corrente elétrica, tensão elétrica e resistência elétrica.

• Dispositivos de segurança

São elementos de segurança do circuito elétrico. Caso haja excesso de passagem de corrente elétrica, eles conseguem interromper a transmissão de corrente para o restante do circuito, evitando assim curtos-circuitos e sobrecargas na rede elétrica. Alguns elementos utilizados são as chaves, interruptores, disjuntores e fusíveis.

➢ Chaves e interruptores: são dispositivos que abrem ou fecham os circuitos elétricos e podem interromper ou liberar a passagem de corrente elétrica.

➢ Fusíveis: dispositivos que rompem o filamento em seu interior devido à alta temperatura gerada durante a sobrecarga do circuito. Após isso ocorrer, devem ser descartados.

➢ Disjuntores: dispositivos que desligam quando ocorre sobrecarga do circuito, assim, podem ser reutilizados, já que não são destruídos.

• Geradores

São elementos que geram energia elétrica para o circuito elétrico, já que transformam outros tipos de energia em energia elétrica, devido à diferença de potencial entre os seus pontos que promove a movimentação dos elétrons através do circuito elétrico. Alguns geradores são: pilhas, baterias e tomadas.

Os geradores são representados por uma barra menor e uma barra maior, referente aos terminais, como podemos ver na imagem abaixo:

• Indutores

São elementos que conseguem armazenar energia elétrica. Os indutores são representados por uma mola, como podemos ver na imagem abaixo:

• Receptores

São elementos que conseguem converter energia elétrica em energia cinética (movimento). Alguns aparelhos que contêm receptores são o ventilador, liquidificador e computador. Seu símbolo é similar ao dos geradores, contudo, nos receptores, a corrente elétrica se move do menor potencial elétrico em direção ao maior.

• Resistores

São elementos que resistem à passagem da corrente elétrica devido à sua alta resistência elétrica. Além disso, conseguem converter energia elétrica em energia térmica (ou calor), algo chamado de efeito joule. Alguns aparelhos que contêm resistores são a chapinha de cabelo, ferro de passar roupas e ar-condicionado.

Os resistores são representados por um quadrado ou um zigue-zague, como podemos ver na imagem abaixo:

Tipos de circuito elétrico

Os circuitos podem ter seus elementos dispostos de diferentes formas: em série, em paralelo ou de forma mista.

Ligação em série

A ligação em série ocorre quando conectamos os elementos do circuito em um mesmo ramo, fazendo com que sejam atravessados pela mesma corrente elétrica, mas sem possuírem o mesmo valor de tensão elétrica. Abaixo, podemos ver um exemplo de uma ligação em série envolvendo lâmpadas.

Ligação em paralelo

A ligação em paralelo ocorre quando conectamos os elementos do circuito em diferentes ramos, fazendo com que não sejam atravessados pela mesma corrente elétrica, porém possuindo o mesmo valor de tensão elétrica. Abaixo, podemos ver um exemplo de ligação em paralelo envolvendo lâmpadas.

Ligações mistas

A ligação mista ocorre quando conectamos os elementos do circuito em série e em paralelo ao mesmo tempo. Abaixo, podemos ver um exemplo de ligação mista envolvendo lâmpadas.

Para que serve o circuito elétrico?

Os circuitos elétricos fazem parte da rede elétrica doméstica ou industrial e servem para conectar os equipamentos elétricos ou eletrodomésticos, fazendo-os funcionarem. Além disso, com os dispositivos que os compõem, é possível que os circuitos elétricos consigam eliminar picos de corrente elétrica, amplificar ou diminuir a tensão elétrica, entre outras funções.

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Fórmulas do circuito elétrico

Existem diversas fórmulas que utilizamos nos cálculos dos circuitos elétricos. Elas estão descritas abaixo.

Primeira lei de Ohm

\(U=R\bullet i\)

➢ U  é a tensão elétrica, medida em Volt [V].

➢ R  é a resistência elétrica, medida em Ohm [Ω].

➢ i  é a corrente elétrica, medida em Ampere [A].

Potência elétrica

\(U=\frac{P}{i}\)

➢ U  é a tensão elétrica, medida em Volt [V].

➢ P  é a potência elétrica, medida em Watt [W].

➢ i  é a corrente elétrica, medida em Ampere [A].

Resistência equivalente em uma ligação em série

\({R_{eq}=R}_1+R_2\ldots R_N\)

➢ \(R_{eq}\) é a resistência equivalente, medida em Ohm [Ω].

➢ \(R_1\) é a resistência do primeiro resistor, medida em Ohm [Ω].

➢ \(R_2\) é a resistência do segundo resistor, medida em Ohm [Ω].

➢ \(R_N\) é a resistência do enésimo resistor, medida em Ohm [Ω].

• Resistência equivalente em uma ligação paralela

\(\frac{1}{R_{eq}}=\frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_2}\ldots\frac{1}{R_N}\)

➢ \(R_{eq} \)  é a resistência equivalente, medida em Ohm [Ω].

➢ \(R_1\) é a resistência do primeiro resistor, medida em Ohm [Ω].

➢ \(R_2\) é a resistência do segundo resistor, medida em Ohm [Ω].

➢ \(R_N\) é a resistência do enésimo resistor, medida em Ohm [Ω].

• Capacitância

\(C=\frac{Q}{U}\)

➢ C é a capacitância, medida em Faraday [F] ou Coulomb/Volt [C/V].

➢ Q é a carga armazenada, medida em Ampere [A].

➢ U é a tensão elétrica, medida em Volt [V].

• Capacitância equivalente em uma ligação em série

\(\frac{1}{C_{eq}}=\frac{1}{C_1}+\frac{1}{C_2}\ldots\frac{1}{C_N}\)

• \(C_{eq}\) é a capacitância equivalente, medida em Faraday [F].

• \(C_1\) é a capacitância do primeiro capacitor, medida em Faraday [F].

• \(C_2\) é a capacitância do segundo capacitor, medida em Faraday [F].

• \(C_N\) é a capacitância do enésimo capacitor, medida em Faraday [F].

• Capacitância equivalente em uma ligação paralela

\({C_{eq}=C}_1+C_2\ldots C_N\)

• \(C_{eq}\) é a capacitância equivalente, medida em Faraday [F].

• \(C_1\) é a capacitância do primeiro capacitor, medida em Faraday [F].

• \(C_2\) é a capacitância do segundo capacitor, medida em Faraday [F].

• \(C_N\) é a capacitância do enésimo capacitor, medida em Faraday [F].

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Exercícios resolvidos sobre circuito elétrico

Questão 1

(Enem) Três lâmpadas idênticas foram ligadas no circuito esquematizado. A bateria apresenta resistência interna desprezível, e os fios possuem resistência nula. Um técnico fez uma análise do circuito para prever a corrente elétrica nos pontos A, B, C, D e E, e rotulou essas correntes de IA, IB, IC, ID e IE, respectivamente.

O técnico concluiu que as correntes que apresentam o mesmo valor são:

a)  \({\ I}_A=I_E\) e \({\ I}_C=I_D\)

b)  \({\ I}_A={\ I}_B{\ =I}_E\) e \({\ I}_C=I_D\)

c)  \({\ I}_A={\ I}_B\), apenas

d)  \({\ I}_A={\ I}_B{\ =I}_E\), apenas

e)  \({\ I}_C=I_B\), apenas

Resolução:

Alternativa A

As correntes elétricas \({\ I}_A\) e \(I_E\) configuram a corrente total do circuito, então seus valores são iguais:

\({\ I}_A=I_E\)

Entretanto, como as lâmpadas são todas idênticas, as correntes elétricas que as atravessam possuem o mesmo valor:

\({\ I}_C=I_D\)

Questão 2

(Urca) Uma lâmpada possui a seguinte inscrição: 10 W e 2 V. Os valores da resistência elétrica dessa lâmpada e da corrente elétrica são, respectivamente, iguais a:

a) 0,4 Ω e 5 A

b) 12 Ω e 1 A

c) 0,5 Ω e 5 A

d) 5 Ω e 3 A

e) 2 Ω e 4 A

Resolução:

Alternativa A

Encontraremos o valor da resistência elétrica por meio da primeira lei de Ohm:

\(U=R\bullet i\)

\(2=R\bullet5\)

\(\frac{2}{5}=R\)

\(0,4\ \Omega=R\)

E calcularemos o valor da corrente elétrica com a fórmula da potência elétrica:

\(P=U\bullet i\)

\(10=2\bullet i\)

\(\frac{10}{2}=i\)

\(5\ A=i\)

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