Aprenda como os resistores se associam, como geradores e receptores reais se comportam, e como calcular a corrente elétrica usando a Lei de Ohm-Pouillet, essencial em questões de vestibular e no ENEM.
1. Introdução: O Mundo dos Circuitos Elétricos
A Eletrodinâmica estuda o comportamento das cargas elétricas em movimento. Enquanto a eletrodinâmica básica trata de corrente, tensão e resistência, a Eletrodinâmica avançada aprofunda o estudo da organização dos componentes em circuitos e a atuação de dispositivos como geradores e receptores elétricos. Esses conceitos são essenciais para compreender desde instalações residenciais até o funcionamento de sistemas eletrônicos.
2. Associações de Resistores
Resistores são dispositivos que dificultam a passagem da corrente elétrica, transformando parte da energia elétrica em energia térmica (efeito Joule). A forma como eles são conectados altera o comportamento do circuito.
a) Associação em Série
Os resistores são conectados um após o outro, criando um único caminho para a corrente elétrica.
- Corrente:
I total = I₁ = I₂ = ... = IₙI total: é a corrente elétrica total, em ampères (A), igual em todos os resistores da série. - Tensão (U):
U total = U₁ + U₂ + ... + UₙU total: é a tensão total, em volts (V), distribuída entre os resistores. - Resistência equivalente:
Req = R₁ + R₂ + ... + RₙReq: é a resistência equivalente total, em ohms (Ω).
A resistência total em série é sempre maior que a de qualquer resistor isolado.
b) Associação em Paralelo
Os resistores são ligados com terminais em comum, criando múltiplos caminhos para a corrente elétrica.
- Corrente:
I total = I₁ + I₂ + ... + IₙI total: é a soma das correntes, em ampères (A), que passam por cada resistor. - Tensão:
U total = U₁ = U₂ = ... = UₙU total: é a tensão total, em volts (V), igual em todos os resistores. - Resistência equivalente (fórmula geral):
1/Req = 1/R₁ + 1/R₂ + ... + 1/Rₙ
Req é a resistência equivalente do conjunto, em ohms (Ω).
Casos Particulares:
- Dois resistores:
Req = (R₁ × R₂) / (R₁ + R₂) - n resistores iguais:
Req = R / n
A resistência equivalente em paralelo é sempre menor que qualquer resistor individual.
3. Geradores Elétricos
Geradores convertem energia não elétrica (como química ou mecânica) em energia elétrica, impulsionando as cargas através do circuito.
a) Força Eletromotriz (f.e.m.)
Representada por:ℰ = energia fornecida por unidade de carga, em volts (V)
É a “tensão ideal” do gerador, medida quando não há corrente.
b) Gerador Ideal
- Não possui resistência interna.
- Toda energia gerada é entregue ao circuito.
c) Gerador Real
- Possui uma resistência interna r, o que reduz a tensão nos terminais quando a corrente circula.
Fórmula do gerador real:U = ℰ - r × I
Onde:
- U = tensão disponível nos terminais (V)
- ℰ = força eletromotriz (f.e.m.) do gerador (V)
- r = resistência interna do gerador (Ω)
- I = corrente elétrica (A)
A tensão U diminui conforme a corrente I aumenta.
d) Associação de Geradores
- Em série:
ℰ eq = ℰ₁ + ℰ₂ + ...r eq = r₁ + r₂ + ... - Em paralelo (geradores idênticos):
ℰ eq = ℰr eq = r / n
4. Receptores Elétricos
Receptores são dispositivos que consomem energia elétrica e a transformam em outras formas úteis (como luz, movimento ou reações químicas).
a) Força Contraeletromotriz (f.c.e.m.)
Representada por:ℰ' = energia consumida por unidade de carga, em volts (V)
b) Receptor Ideal
- Não possui resistência interna.
- Toda energia é usada no trabalho útil.
c) Receptor Real
- Possui resistência interna r’, gerando perdas de energia.
Fórmula do receptor real:U = ℰ' + r' × I
Onde:
- U = tensão aplicada no receptor (V)
- ℰ’ = força contraeletromotriz (f.c.e.m.) (V)
- r’ = resistência interna do receptor (Ω)
- I = corrente elétrica (A)
5. Lei de Ohm-Pouillet
A Lei de Ohm-Pouillet permite calcular a corrente total (I) em um circuito completo com geradores, receptores e resistores.
Fórmula:
I = (Σℰ - Σℰ') / (ΣR + Σr + Σr')
Descrição de cada termo:
- I = corrente elétrica total (A)
- Σℰ = soma das forças eletromotrizes (f.e.m.) dos geradores (V)
- Σℰ’ = soma das forças contraeletromotrizes (f.c.e.m.) dos receptores (V)
- ΣR = soma das resistências dos resistores externos (Ω)
- Σr = soma das resistências internas dos geradores (Ω)
- Σr’ = soma das resistências internas dos receptores (Ω)
O numerador representa a energia disponível no circuito.
O denominador mostra toda a oposição ao movimento das cargas.
Conclusão
Entender como os circuitos elétricos funcionam na prática é fundamental para dominar o conteúdo de eletricidade nos vestibulares. Ao aprender como os resistores se associam, como funcionam os geradores e receptores reais, e como aplicar a Lei de Ohm-Pouillet, você desenvolve a capacidade de analisar circuitos completos com mais segurança e lógica.
Esse conhecimento vai muito além da teoria: ele explica o funcionamento de aparelhos, sistemas elétricos e até da energia que usamos todos os dias.
