Circuitos Elétricos

Benjamin Franklin (1706 – 1790)

A corrente elétrica é formada por elétrons livres em movimento organizado. A energia elétrica transportada pela corrente nada mais é do que a energia cinética dos elétrons. Assim, nos circuitos elétricos, a energia cinética dos elétrons livres pode transformar-se em energia luminosa ou em energia cinética dos motores, por exemplo.

Ao percorrer o circuito, do pólo negativo da pilha até o pólo positivo, os elétrons livres perdem totalmente a energia que transportavam. E sem a reposição dessa energia não seria possível a permanência de uma corrente elétrica.

A função de uma pilha é, portanto, fornecer a energia necessária aos elétrons livres do fio, para que eles permaneçam em movimento.

Dentro da pilha, os elétrons adquirem energia ao serem levados do pólo positivo ao negativo. Ao chegarem ao pólo negativo, movimentam-se novamente pela parte externa do circuito até alcançarem o pólo positivo, e assim sucessivamente.

Ao levar um certo número de elétrons do pólo positivo para o negativo, a pilha cede a eles uma certa quantidade de energia. O valor da energia que esses elétrons recebem, dividido pela quantidade de carga que eles têm, é a tensão elétrica existente entre os pólos da pilha. Nas pilhas comuns, esse valor é 1,5 volt.

Em geral, um circuito elétrico é constituído por um conjunto de componentes ligados uns aos outros e conectados aos pólos de um gerador. Uma bateria de carro ou uma pilha, pode funcionar como gerador

Fonte: geocities.yahoo.com.br

Circuitos Elétricos

Estrutura de uma lanterna elétrica

Ö Por que o projetista escolheu essa particular combinação de materiais?

As partes metálicas da lanterna são postas para conduzir a corrente elétrica quando a lanterna é posta para funcionar e, além disso, foram escolhidas para resistirem aos esforços físicos aos quais são submetidas.

A mola metálica, por exemplo, não só permite caminho elétrico para a corrente como também mantém no lugar, sob pressão, as pilhas em seu interior. As partes metálicas do interruptor têm que garantir bom contato elétrico e não ficarem danificadas pelo uso contínuo.

Uma lanterna também tem partes feitas com material não condutor de corrente elétrica, tais como plásticos e borrachas. A cobertura de plástico dessa lanterna é um isolante elétrico. Sua forma é importante para que se tenha um manuseio cômodo. Sua cor a tornará mais ou menos atraente aos olhos do usuário.

Como você verá, os circuitos elétricos conterão sempre partes que conduzem e partes que não conduzem correntes elétricas. O segredo todo, nos circuitos elétricos, é delimitar um caminho pré planejado para a corrente.

A lâmpada incandescente e o refletor compõem o sistema óptica da lanterna. A posição da lâmpada dentro do refletor deve ser tal que permita a obtenção de um feixe estreito de luz.

Uma lanterna é um produto elétrico simples, mas muita gente já perdeu noites de sono em seus projetos para que você tenha um dispositivo que trabalhe bem.

Ö Você pode pensar em alguma outra coisa que o projetista deva levar em consideração na produção em massa de lanternas?

Um modo “mais científico” para descrever uma lanterna implica no uso de um diagrama de circuito. Nele, as partes relevantes da lanterna serão representadas através de símbolos:

Diagrama de circuito de uma lanterna elétrica

Nesse circuito foram representadas simbolicamente, duas células voltaicas (pilhas) ¾ formando uma bateria ¾, um interruptor e uma lâmpada incandescente. As linhas no diagrama representam condutores metálicos (fios) que conectam as partes entre si formando o circuito completo.

Um circuito elétrico é necessariamente um percurso fechado. Na lanterna, o fechamento do interruptor completa o circuito, permitindo a passagem da corrente elétrica.

Lanternas às vezes falham! Isso acontece quando as partes metálicas do interruptor ou da lâmpada não entram efetivamente em contato (devido à sujeiras ou ferrugens), quando a lâmpada “queima” (interrupção em seu filamento) ou quando as pilhas “pifam” (esgotam suas energias químicas armazenadas, popularmente, ficam ‘descarregadas’). Em qualquer um desses casos, o circuito estará incompleto.

Corrente elétrica

Uma corrente elétrica é um fluxo ordenado de partículas carregadas (partículas dotadas de carga elétrica). Em um fio de cobre, a corrente elétrica é formada por minúsculas partículas dotadas de carga elétrica negativa, denominadas elétrons — eles são os portadores da carga elétrica.

No fio de cobre (ou de qualquer outro metal) os elétrons naturalmente lá existentes vagueiam desordenadamente (têm sentidos de movimentos aleatórios) até que, por alguma ordem externa, alguns deles passam a caminhar ordenadamente (todos no mesmo sentido) constituindo a corrente elétrica. A intensidade dessa corrente elétrica vai depender de quantos desses portadores, em movimento bem organizado passam, por segundo, por um região desse fio.

A corrente elétrica, num circuito, é representada pela letra I e sua intensidade poderá ser expressa em ampères (símbolo A), em miliampères (símbolo mA) ou outros submúltiplos tal qual o microampères (símbolo mA).

Um ampère (1 A) é uma intensidade de corrente elétrica que indica a passagem de 6,2×1018 elétrons, a cada segundo, em qualquer seção do fio. Esses 6,2×1018 elétrons (uma quantidade que escapa ao nosso pensamento) transportam uma carga elétrica total cujo valor é de um coulomb (1 C). ‘coulomb'(símbolo C) é a unidade com que se medem as quantidades de cargas elétricas.

Se indicarmos a quantidade total de carga elétrica que passa pela seção de um fio por Q (medida em coulombs) e o intervalo de tempo que ela leva para passar por essa seção por Dt (medido em segundos), a intensidade de corrente elétrica I (medida em ampères) será calculada por:

I = Q : Dt

CONVERSÕES

1 A = 1 000 mA = 1 000 000 mA Þ 1 A = 103 mA = 106 mA

1 mA = 1/1 000 A = 1 000 mA Þ 1 mA = 10-3 A = 103 mA

1 mA = 1/1 000 000 A = 1/1000 mA Þ 1 mA = 10-6 A = 10-3 mA

Circuito de uma lanterna de mão

Você alguma vez já desmontou complemente uma lanterna de mão para analisar como ela funciona?
Veja na ilustração abaixo como são dispostas as várias partes de uma típica lanterna de mão:

Fonte: www.feiradeciencias.com.br

Circuitos Elétricos

Teoria de Circuitos

Desenvolvida a partir de medidas experimentais dos fenômenos elétricos.

Atualmente, pode ser vista como uma simplificação da Teoria Eletromagnética (Leis de Maxwell).

É apresentada como concebida por Kirchhoff.

Conceitos fundamentais: corrente e tensão elétricas.

Bipolo

Dispositivo contendo 2 terminais condutores

Bipolo

A cada bipolo estão associadas uma corrente (que o atravessa) e uma tensão (entre seus terminais).

Fontes de tensão dependentes

Bipolo cuja tensão entre os terminais não depende da corrente que o atravessa, mas sim da tensão ou corrente em um outro bipolo.

Fontes de corrente dependentes

Bipolo cuja corrente que o atravessa não depende da tensão entre seus terminais, mas sim da tensão ou corrente em um outro bipolo.

Exemplo: Modelo de transistor com emissor comum

LEI DAS CORRENTES

Nó

Um ponto de ligação entre 2 ou mais bipolos.

Lei das Correntes ou 1 Lei de Kirchhoff

A soma algébrica das correntes que saem de um nó é nula.

Para um circuito com n nós, pode-se escrever n-1 equações de corrente independentes.

(redundante)

Circuitos Elétricos

Circuitos Lineares de 1a. Ordem

Um circuito sem fontes independentes é chamado autônomo.

Considere o circuito abaixo, com a tensão inicial no capacitor

A condição inicial no capacitor corresponde a uma carga armazenada e a uma energia armazenada .

A tensão v é uma variável de estado neste circuito. Com a condição inicial conhecida, todas as tensões e correntes no circuito podem ser obtidas, para t>0, a partir de (solução da equação diferencial).

A equação diferencial e sua condição inicial determinam univocamente a forma de onda (ou “trajetória”) .

Circuitos Lineares de 2a. Ordem Autônomo

Um circuito de 2a. ordem é descrito por uma equação diferencial linear ordinária de segunda ordem, homogênea, com coeficientes constantes.

Exemplo: Considere o circuito autônomo de segunda ordem (dois armazenadores de energia) com L=1 H,, , Ã e Ã. Determine e , t>0.

Equacionando

Portanto

Circuitos de 2a. Ordem Autônomos

As tensões nos capacitores e as correntes nos indutores de um circuito são denominadas variáveis de estado.

As equações de um circuito podem ser escritas apenas em função de suas variáveis de estado.

Escrevendo as equações diretamente em v e i:

O uso do operador simbólico p facilita a obtenção de uma equação diferencial envolvendo apenas uma das variáveis.

Fonte: www.dt.fee.unicamp.br

Circuitos Elétricos

Circuito de uma lanterna de mão

Você alguma vez já desmontou complemente uma lanterna de mão para analisar como ela funciona?
Veja na ilustração abaixo como são dispostas as várias partes de uma típica lanterna de mão:

Estrutura de uma lanterna elétrica

Ö Por que o projetista escolheu essa particular combinação de materiais?

As partes metálicas da lanterna são postas para conduzir a corrente elétrica quando a lanterna é posta para funcionar e, além disso, foram escolhidas para resistirem aos esforços físicos aos quais são submetidas.

A mola metálica, por exemplo, não só permite caminho elétrico para a corrente como também mantém no lugar, sob pressão, as pilhas em seu interior. As partes metálicas do interruptor têm que garantir bom contato elétrico e não ficarem danificadas pelo uso contínuo.

Uma lanterna também tem partes feitas com material não condutor de corrente elétrica, tais como plásticos e borrachas. A cobertura de plástico dessa lanterna é um isolante elétrico. Sua forma é importante para que se tenha um manuseio cômodo. Sua cor a tornará mais ou menos atraente aos olhos do usuário.

Como você verá, os circuitos elétricos conterão sempre partes que conduzem e partes que não conduzem correntes elétricas. O segredo todo, nos circuitos elétricos, é delimitar um caminho pré planejado para a corrente.

A lâmpada incandescente e o refletor compõem o sistema óptica da lanterna. A posição da lâmpada dentro do refletor deve ser tal que permita a obtenção de um feixe estreito de luz.

Uma lanterna é um produto elétrico simples, mas muita gente já perdeu noites de sono em seus projetos para que você tenha um dispositivo que trabalhe bem.

Ö Você pode pensar em alguma outra coisa que o projetista deva levar em consideração na produção em massa de lanternas?

Um modo “mais científico” para descrever uma lanterna implica no uso de um diagrama de circuito. Nele, as partes relevantes da lanterna serão representadas através de símbolos:

Diagrama de circuito de uma lanterna elétrica

Nesse circuito foram representadas simbolicamente, duas células voltaicas (pilhas) ¾ formando uma bateria ¾, um interruptor e uma lâmpada incandescente. As linhas no diagrama representam condutores metálicos (fios) que conectam as partes entre si formando o circuito completo.

Um circuito elétrico é necessariamente um percurso fechado. Na lanterna, o fechamento do interruptor completa o circuito, permitindo a passagem da corrente elétrica.

Lanternas às vezes falham! Isso acontece quando as partes metálicas do interruptor ou da lâmpada não entram efetivamente em contato (devido à sujeiras ou ferrugens), quando a lâmpada “queima” (interrupção em seu filamento) ou quando as pilhas “pifam” (esgotam suas energias químicas armazenadas, popularmente, ficam ‘descarregadas’). Em qualquer um desses casos, o circuito estará incompleto.

Corrente elétrica

Uma corrente elétrica é um fluxo ordenado de partículas carregadas (partículas dotadas de carga elétrica). Em um fio de cobre, a corrente elétrica é formada por minúsculas partículas dotadas de carga elétrica negativa, denominadas elétrons — eles são os portadores da carga elétrica.

No fio de cobre (ou de qualquer outro metal) os elétrons naturalmente lá existentes vagueiam desordenadamente (têm sentidos de movimentos aleatórios) até que, por alguma ordem externa, alguns deles passam a caminhar ordenadamente (todos no mesmo sentido) constituindo a corrente elétrica. A intensidade dessa corrente elétrica vai depender de quantos desses portadores, em movimento bem organizado passam, por segundo, por um região desse fio.

A corrente elétrica, num circuito, é representada pela letra I e sua intensidade poderá ser expressa em ampères (símbolo A), em miliampères (símbolo mA) ou outros submúltiplos tal qual o microampères (símbolo mA).

Um ampère (1 A) é uma intensidade de corrente elétrica que indica a passagem de 6,2×1018 elétrons, a cada segundo, em qualquer seção do fio. Esses 6,2×1018 elétrons (uma quantidade que escapa ao nosso pensamento) transportam uma carga elétrica total cujo valor é de um coulomb (1 C). ‘coulomb'(símbolo C) é a unidade com que se medem as quantidades de cargas elétricas.

Se indicarmos a quantidade total de carga elétrica que passa pela seção de um fio por Q (medida em coulombs) e o intervalo de tempo que ela leva para passar por essa seção por Dt (medido em segundos), a intensidade de corrente elétrica I (medida em ampères) será calculada por:

I = Q : Dt

CONVERSÕES

1 A = 1 000 mA = 1 000 000 mA Þ 1 A = 103 mA = 106 mA

1 mA = 1/1 000 A = 1 000 mA Þ 1 mA = 10-3 A = 103 mA

1 mA = 1/1 000 000 A = 1/1000 mA Þ 1 mA = 10-6 A = 10-3 mA

Fonte: www.feiradeciencias.com.br

Circuitos Elétricos

CIRCUITOS ELÉTRICOS E ELETRÔNICOS

A inventividade humana e o conhecimento progressivo da maneira como os materiais reagem à eletricidade propiciaram a elaboração de complexos sistemas de condução das cargas elétricas. Esse desenvolvimento levou a enormes avanços tecnológicos, nos quais o circuito elétrico teve participação fundamental.

Circuito elétrico ou eletrônico é um determinado agrupamento de componentes de comportamento elétrico bem definido e destinado à condução de cargas elétricas. Quando sua finalidade se relaciona à transmissão de potência, tais circuitos denominam-se elétricos; quando se destinam ao processamento de sinais elétricos, denominam-se eletrônicos. Os circuitos elétricos são também denominados circuitos de potência e freqüentemente se empregam associados a circuitos magnéticos. Por meio deles, pode-se transformar energia mecânica em energia elétrica e vice-versa, sendo muito utilizados em geradores e motores elétricos.

Leis e princípios matemáticos. O comportamento idealizado dos circuitos é descrito por meio de modelos matemáticos estudados na teoria das redes elétricas e eletrônicas, nas quais só se consideram as perdas de energia por dissipação, isto é, segundo o fenômeno de transformação da energia elétrica em energia térmica, de acordo com a lei de Joule. Nessa teoria os componentes ou elementos integrantes do circuito são analisados de um ponto de vista global e evita-se uma abordagem microscópica do material.

As variáveis elétricas mais utilizadas na descrição de tais circuitos são a tensão ou diferença de potencial, índice da energia elétrica que um ponto de um circuito possui em relação a outro ponto análogo; e a intensidade de corrente, que expressa a velocidade com que se deslocam as cargas elétricas. Para cada componente existe uma equação que relaciona a intensidade da corrente que circula através dele com a diferença de potencial existente entre seus extremos. Os componentes de um circuito se ligam de duas maneiras distintas: em série, quando a intensidade de corrente que circula entre seus elementos é a mesma; e em paralelo, quando a diferença de potencial entre todos os pontos terminais de seus elementos se mantém constante.

A análise de um circuito utiliza tais equações e as leis de Kirchhoff. A primeira lei de Kirchhoff sustenta que em um nó – ponto em que confluem três ou mais ramificações de uma rede ou circuito complexo – a soma das intensidades de corrente de todas as ramificações é zero. A segunda enuncia o princípio segundo o qual a soma de todas as diferenças de potencial ao longo de qualquer malha – conjunto fechado de ramificações – também é nula.

Um problema matemático freqüentemente encontrado no estudo dos circuitos envolve o cálculo dos valores da tensão e da intensidade de corrente nos diferentes pontos de circulação, uma vez conhecidos seus valores iniciais e as fontes geradoras da tensão ou força eletromotriz. A resolução desse problema é facilitada com o auxílio dos teoremas de Thévenin e de Norton, que apresentam como artifício de cálculo a substituição de um dipolo, circuito com dois terminais, por outro mais simples, composto de um gerador e um componente eletricamente equivalente ao dipolo inicial.

Os métodos mais modernos da análise de circuitos baseiam-se no chamado cálculo operacional, capaz de transformar complexas equações integrais e diferenciais em equações algébricas, de resolução mais imediata, mediante a utilização de avançados conceitos matemáticos, tais como as transformadas de Fourier e Laplace e os números complexos, definidos como expressões do tipo a + bi, em que a e b são números reais e i2 = -1.

Tipos de circuito

Os circuitos são classificados de acordo com diversos critérios, como seu comportamento energético, as técnicas utilizadas em sua fabricação e o tipo de tensão a que são submetidos, se alternada ou contínua. Quanto ao comportamento energético, os circuitos elétricos ou eletrônicos se subdividem em ativos, quando são capazes de gerar energia, e passivos, quando absorvem a energia fornecida pelos circuitos ativos. São circuitos ativos os dos geradores, enquanto os das resistências, que dissipam energia elétrica em forma de calor, os das bobinas, que armazenam energia em forma de campo magnético, e os dos condensadores, que a acumulam em forma de campo elétrico, são exemplos de circuitos passivos.

São bastante diversificadas as funções exercidas pelos circuitos. Destacam-se os circuitos retificadores ou filtros, que selecionam sinais elétricos de acordo com sua freqüência, e os circuitos amplificadores, que aumentam a amplitude de um sinal. De especial importância para o avanço da informática foi o desenvolvimento dos circuitos designados como de comutação, entre eles os chamados flip-flop e os circuitos lógicos. No campo das comunicações são empregados circuitos tais como os geradores de dentes de serra, os moduladores, os detetores e conversores.

O desenvolvimento de materiais semicondutores, substâncias cristalinas de condutividade elétrica muito inferior à dos metais, permitiu a fabricação de novos componentes fundamentais na engenharia de circuitos, tais como os diodos e os transistores, além dos ditos circuitos integrados, pequenos módulos constituídos por grande número de componentes eletrônicos colocados sobre a superfície de uma lâmina ou pastilha.

Estes últimos foram os responsáveis pela miniaturização dos circuitos, a qual resultou em enorme diminuição tanto do preço como do consumo de energia, além de favorecer o aumento da velocidade e precisão com que os sinais elétricos são transmitidos e armazenados. Atualmente, pode-se integrar milhares de transistores em superfície de apenas quarenta milímetros quadrados, o que permite o processamento de sinais de amplitude mínima em comunicações, informática, reprodução de imagem e som etc.

Fonte: biomania.com