O que você deve saber sobre Além de resistores, os circuitos elétricos apresentam dispositivos para gerar energia potencial elétrica a partir de outros componentes (geradores), armazenar cargas, interromper temporariamente o fluxo da corrente (capacitores) e transformar a energia elétrica em trabalho útil (receptores). Neste tópico, vamos revisar conceitos relativos a esses dispositivos, assim como aos circuitos de múltiplas malhas, para os quais são necessárias as leis de Kirchhoff.
I. Capacitores São pares de condutores, denominados armaduras e eletrizados por indução. Uma armadura tem a mesma quantidade de cargas da outra, mas de sinais opostos. DAVID J. GREEN -ELECTRICAL/ALAMY/ OTHER IMAGES Capacitores eletrolíticos de alumínio. As armaduras são dois cilindros de raios diferentes, mas de mesmo eixo. Entre os cilindros, há uma camada de material dielétrico.
I. Capacitores Capacitor plano Permissividade absoluta do vácuo: a constante ε 0, que vale 8,8. 10-12 F/m. O capacitor plano se torna mais eficiente quando a distância entre as placas é bem pequena, e a área de cada armadura é grande.
I. Capacitores Associação de capacitores Na associação em série, as ddps se somam, e a carga armazenada em todos os capacitores é a mesma.
I. Capacitores Associação de capacitores Na associação em paralelo, as cargas se somam, e a ddp é a mesma em todos os capacitores.
I. Capacitores Energia potencial armazenada no capacitor A energia potencial pode ser determinada pelas diferentes relações entre a carga Q, a capacitância C e a tensão U.
II. Geradores Convertem energia elétrica em qualquer outro tipo de energia. Elevam o potencial elétrico das cargas que entram num circuito pelo polo negativo e saem pelo polo positivo. A potência total de entrada sofre uma perda. O restante é aproveitado pelo circuito como potência útil. Equação do gerador: A razão entre a potência útil e a total nos dá o rendimento do gerador: Um gerador ideal teria resistência interna nula: U = E e h = 100%.
II. Geradores Associação de geradores Em série: a corrente que percorre todos os geradores da associação é a mesma; a fem equivalente é a soma das individuais. Em paralelo: só é eficiente se todos os geradores forem idênticos; a corrente total se dividirá em partes iguais, mantendo-se a fem constante.
III. Receptores Equação do receptor Rendimento do receptor
IV. Leis de Kirchhoff Necessárias para a obtenção de correntes em circuitos com diversas malhas Refletem a conservação de energia e a conservação de cargas elétricas no interior do circuito. A soma das correntes que chegam a um nó (I 1 e I 2 ) deve ser igual à soma das correntes que dele saem (I 3, I 4 e I 5 ). Lei dos nós:
IV. Leis de Kirchhoff Lei das malhas A soma das ddps deve ser nula. Na lei das malhas, escolhemos arbitrariamente sentidos para as correntes em cada ramo do circuito e sentidos de percurso em cada malha. Ao lado, sentido anti-horário em ambas as malhas. No circuito de duas malhas acima: Lei dos nós, no ponto B: i 2 = i 1 + i 3
EXERCÍCIOS ESSENCIAIS 1 (Unifal-MG) Os circuitos a seguir são formados por capacitores idênticos, associados de diferentes formas, conforme figura. Esses circuitos, designados por A, B e C, são todos submetidos à mesma diferença de potencial V. Considerando que U A, U B e U C são respectivamente as energias RESPOSTA: A totais dos circuitos A, B e C, pode-se afirmar que: a) U C > U A > U B. b) U A > U C > U B. c) U A > U C < U B. d) U C < U B > U A. NO VESTIBULAR
EXERCÍCIOS ESSENCIAIS 3 (Cefet-CE) Um capacitor de placas paralelas é carregado com uma carga elétrica q. A área das placas e a distância entre elas valem, respectivamente, A e d. O meio entre as placas é o vácuo, cuja permissividade elétrica vale ε 0. a) Calcule a energia potencial elétrica, armazenada no campo elétrico entre as placas na situação da figura 1. RESPOSTA: NO VESTIBULAR
EXERCÍCIOS ESSENCIAIS 3 b) Mantendo uma das placas fixa, calcule o trabalho da força elétrica sobre a outra, para juntá-las completamente, conforme a figura 2 do eslaide anterior. RESPOSTA: c) Calcule o valor da força elétrica constante que a placa negativa exerce sobre a placa positiva. RESPOSTA: Obs.: os valores ao lado devem ser expressos em função de ε 0, q, d e A. Lembre-se de que a capacitância de um capacitor de placas paralelas, no vácuo, vale o A. d NO VESTIBULAR
EXERCÍCIOS ESSENCIAIS 5 (UFJF-MG) Nos dois circuitos ao lado, as quatro baterias são idênticas, assim como as duas lâmpadas. Comparando o brilho das lâmpadas nos dois circuitos, assinale a alternativa correta sobre qual delas brilha mais. a) A lâmpada do circuito 1, porque as duas baterias em série fornecem voltagem menor que uma única bateria. b) A lâmpada do circuito 1, porque as duas baterias em série fornecem voltagem maior que uma única bateria. c) A lâmpada do circuito 2, porque as duas baterias em paralelo fornecem voltagem menor que uma única bateria. d) A lâmpada do circuito 2, porque as duas baterias em paralelo fornecem voltagem maior que uma única bateria. e) Ambas brilham igualmente. RESPOSTA: B Supondo as baterias ideais, no circuito 1 a fem é 2E; portanto, a corrente também dobra para 2i, para a mesma resistência. No circuito 2, a fem é igual a E, e a corrente vale i. Como o brilho depende da corrente que circula pela lâmpada, a lâmpada que brilhará mais é a do circuito 1. NO VESTIBULAR
EXERCÍCIOS ESSENCIAIS 7 (Uesc-BA) Considere um circuito elétrico constituído por duas baterias de forças eletromotrizes ε 1 = 20,0 V e ε 2 = 8,0 V e de resistências internas iguais a 1,0 Ω, um resistor de resistência elétrica igual a 10,0 Ω, um amperímetro ideal A e um voltímetro ideal V. Nessas condições, as leituras no amperímetro e no voltímetro são, respectivamente, iguais a: a) 2,4 A e 28,0 V. RESPOSTA: D b) 2,0 A e 18,0 V. c) 1,2 A e 20,0 V. d) 1,0 A e 19,0 V. e) 0,8 A e 8,0 V. NO VESTIBULAR
EXERCÍCIOS ESSENCIAIS 14 (UFC-CE) Considere o circuito da figura a seguir. NO VESTIBULAR
EXERCÍCIOS ESSENCIAIS 14 a) Utilize as leis de Kirchhoff para encontrar as correntes I 1, I 2 e I 3. RESPOSTA: Lei dos nós no ponto A: I 1 + I 2 = I 3 Percorrendo a malha esquerda no sentido horário a partir do ponto A, temos: 6-4I 2 + 2I 1-6 = 0 E a malha direita no sentido horário, a partir do ponto A: b) Encontre a diferença de potencial V A - V B. RESPOSTA: NO VESTIBULAR