Circuito elétrico

Um circuito elétrico é um conjunto de dispositivos elétricos que — com, no mínimo, um fio condutor, um gerador elétrico, um resistor e estando o circuito fechado — permitem a agem da corrente elétrica e tensão. Existem diversos outros componentes que podem fazer parte de um circuito elétrico, como os capacitores, indutores e transistores. Além disso, os circuitos podem ser rearranjados de três formas, em série, em paralelo, ou misto.

Leia também: Como funciona a corrente elétrica?

Resumo sobre circuito elétrico

• Circuito elétrico é conjunto de dispositivos elétricos que precisa de, no mínimo, um fio condutor, um gerador, um resistor, e que seja um circuito fechado para funcionar.
• Outros dispositivos que podem fazer parte dos circuitos elétricos são: receptor, capacitor, indutor, diodo, transistor, transformador, fusível e disjuntor.
• Os circuitos elétricos podem ser rearranjados em série, paralelo ou misto.
• As equações dos circuitos elétricos são as leis de Ohm, potência elétrica, capacitância, e associação de resistores e capacitores.
• O circuito elétrico baseia-se no movimento dos elétrons livres dentro de um condutor metálico quando uma DDP (diferença de potencial) é aplicada, permitindo o fluxo da corrente elétrica.

O que é circuito elétrico?

Circuito elétrico é o conjunto de dispositivos elétricos que permitem a agem contínua ou alternada dos portadores de cargas elétricas por um caminho fechado. Para ocorrer a agem de corrente elétrica no circuito, é necessário que haja, no mínimo, um fio condutor, um gerador aplicando uma DDP (diferença de potencial), um resistor para limitar a corrente elétrica (a resistência pode ser até da própria resistência interna do gerador), e que o circuito esteja fechado.

Na física e engenharias, utiliza-se de diagramas simples para representar circuitos elétricos, o que facilita na compreensão e nos cálculos de propriedades elétricas, em que cada dispositivo tem o seu próprio símbolo.

Elementos do circuito elétrico

Existem incontáveis dispositivos que podem fazer parte de um circuito elétrico. Separamos alguns dos mais conhecidos:

• Fio condutor: é o meio no qual os portadores de cargas elétricas, os elétrons, atravessam a sua secção transversal. É feito de um material chamado de bom condutor elétrico, normalmente um metal, como o cobre, ferro, níquel, cromo, alumínio, prata, ouro etc.

• Resistor: é o dispositivo que se opõe (resiste) à agem da corrente elétrica. Saiba mais sobre resistores clicando aqui.

• Gerador: transforma qualquer modalidade de energia em energia elétrica. Por exemplo, a bateria, a pilha, a usina hidroelétrica, os painéis solares, a usina eólica, a usina nuclear etc. Para saber mais, clique aqui.

• Capacitor: é um dispositivo usado para armazenar energia elétrica e descarregar com uma rapidez muito maior que a de um gerador. Saiba mais clicando aqui.

• Receptor: transforma energia elétrica em qualquer outra modalidade de energia. Pode ser separado em duas categorias:
  • Receptor resistivo: transforma energia elétrica exclusivamente em energia térmica por meio do efeito Joule, por exemplo: o chuveiro elétrico e o ferro elétrico.
  • Receptor ativo: transforma energia elétrica em alguma outra modalidade de energia que não seja a térmica, por exemplo: o liquidificador, ventilador, aparelho de som, televisão, motores elétricos etc. O ventilador, por exemplo, transforma a energia elétrica em energia mecânica. Para sabre mais sobre receptores elétricos, clique aqui.
• Interruptor: é o dispositivo que abre e fecha o circuito elétrico. Quando aberto, não há agem da corrente elétrica. Quando fechado, há a agem da corrente elétrica.

• Indutor: é um dispositivo elétrico que armazena energia na forma de campo magnético.

• Diodo: é um dispositivo semicondutor que permite a agem da corrente elétrica em apenas uma única direção.

• Transistor: é um outro dispositivo semicondutor usado para amplificar ou atenuar a intensidade da corrente elétrica.

• Transformador: é um dispositivo usado para aumentar ou diminuir a tensão elétrica.

• Fusível e disjuntor: são os dispositivos de segurança que protegem os circuitos elétricos contra os danos que podem ser causados por curtos-circuitos e sobrecarga de corrente elétrica.

• Dispositivos de controle: os dispositivos de controle são os instrumentos de medida usados para mensurar propriedades físicas em circuitos elétricos, como:
  • o amperímetro, para medir corrente elétrica;
  • o voltímetro, para medir tensão;
  • o ohmímetro, para medir resistência;
  • o capacímetro, para medir capacitância; e
  • o multímetro, capaz de medir mais de uma propriedade elétrica.

Quais os tipos de circuitos elétricos?

Os dispositivos nos circuitos elétricos podem ser rearranjados de três maneiras:

• Série: nesse arranjo, os dispositivos estão conectados ao longo de um fio, formando um único trajeto para a agem da corrente elétrica. A corrente elétrica mantém o valor em todos os dispositivos, mas a tensão diminui conforme a corrente percorre cada dispositivo.

• Paralelo: nesse arranjo, o fio pode “se dividir”, formando dois ou mais trajetos distintos. Nesse tipo de conexão, todos os elementos em paralelo estão sujeitos à mesma tensão. No entanto, a corrente que percorre cada ramo do circuito varia de acordo com a resistência elétrica do componente presente em cada trajeto.

• Mistos: nos circuitos mistos, alguns dispositivos são conectados em série, enquanto outros estão em paralelo.

Veja também: O que é e como funciona a associação de resistores em série?

Fórmulas do circuito elétrico

• Fórmula da DDP (diferença de potencial), ou tensão, ou voltagem (U):

\(U=V_a-V_b\)

Em que V_a e V_b são os potenciais elétricos de a e de b respectivamente.

• Fórmula da capacitância (C):

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

Em que Q é a quantidade de carga elétrica e V é o potencial elétrico.

• Fórmula da intensidade de corrente elétrica (i):

\(i = \frac{|\Delta q|}{\Delta t} \)

Em que |Δq| é o valor absoluto de quantidade de carga elétrica e Δt é o intervalo de tempo.

• Fórmula da resistência de um condutor (R):

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

Em que U é a DDP (diferença de potencial) e i é a intensidade de corrente elétrica.

• Fórmula da potência elétrica em um condutor (P):

\(P = i \cdot U = R \cdot i^2 = \frac{U^2}{R} \)

Em que R é a resistência, i é a corrente elétrica e U é a DDP (diferença de potencial).

• Segunda lei de Ohm:

\(R = \rho \cdot \frac{l}{A} \)

Em que R é a resistência, ρ é uma constante que depende do material, l é o comprimento do condutor e A é a área de secção transversal.

• Fórmula da associação em série de resistores:

\(R_{\text{eq.}} = R_1 + R_2 + \ldots + R_n \)

• Fórmula da associação em paralelo de resistores:

\(\frac{1}{R_{\text{eq.}}} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + \ldots + \frac{1}{R_n} \)

• Fórmula da associação em série de capacitores:

\(\frac{1}{C_{\text{eq.}}} = \frac{1}{C_1} + \frac{1}{C_2} + \ldots + \frac{1}{C_n} \)

• Fórmula da associação em paralelo de capacitores:

\(C_{\text{eq.}} = C_1 + C_2 + \ldots + C_n \)

• Fórmula da força eletromotriz (\(\varepsilon\)):

\(\varepsilon = \frac{\Delta E}{\Delta q} \)

Em que ΔE é a energia potencial elétrica e Δq é a unidade de carga elétrica.

• Fórmula da potência total do gerador (Pt):

\(P_t = \frac{\Delta E}{\Delta t} \)

Em que ΔE é a energia elétrica e Δt é o intervalo de tempo.

• Fórmula da potência dissipada pela resistência interna do gerador (Pd):

\(P_d=r \cdot i^2\)

Em que r é a resistência interna e i é a corrente elétrica.

• Fórmula da potência útil (P_u):

\(P_u=U \cdot i\)

Em que U é a tensão e i é a corrente elétrica.

• Equação característica de um gerador:

\(P_t = P_u + P_d \implies U = \varepsilon - r \cdot i \)

• Fórmula do rendimento de um gerador:

\(\eta = \frac{P_u}{P_t} = \frac{U}{\varepsilon} \)

Em que U é a tensão e i é a corrente elétrica.

Como funciona um circuito elétrico?

Nos metais, os átomos estão ligados por uma ligação que, na Química, chama-se de ligação metálica, que se caracteriza pela formação de uma nuvem eletrônica, constituída por elétrons quase livres: são os elétrons mais afastados do núcleo que apresentam uma fraca energia de ligação com o átomo. Esses elétrons se espalham pelo material, formando uma nuvem pelo retículo cristalino, como um gás.

Quando uma diferença de potencial é aplicada por um gerador em dois pontos de um fio de metal, esses elétrons livres am a se movimentar majoritariamente em uma direção, caracterizando-se assim uma corrente elétrica no circuito elétrico.

Para que serve um circuito elétrico?

Os circuitos elétricos são utilizados para ligar todo tipo de dispositivo elétrico e eletrônico de acordo com suas especificações de funcionamento, referentes à tensão elétrica de operação e à corrente elétrica ada pelo dispositivo.

Saiba mais: Como ocorre um choque elétrico?

Exercícios resolvidos sobre circuito elétrico

Questão 1 (ESPM-SP) Em um fio resistor, com 10 Ω de resistência elétrica, é aplicada a seus terminais uma ddp de 0,5 V. A corrente que percorre o fio é:

A) 25 mA

B) 50 mA

C) 75 mA

D) 80 mA

E) 100 mA

Resolução:

Alternativa B

Usando a fórmula da resistência de um condutor:

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

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

\(i = \frac{0,5}{10} \)

\(i=0,05A=50 mA\)

Questão 2: Três resistores, de resistência R₁ = 10 Ω, R₂ = 20 Ω e R₃ = 30 Ω, estão associados em paralelo. Determine a resistência equivalente à associação.

A) 0

B) 2,45 Ω

C) 5,45 Ω

D) 60 Ω

E) 6000 Ω

Resolução:

Alternativa C

Usando a fórmula da associação em paralelo de resistores:

\(\frac{1}{R_{\text{eq.}}} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + \frac{1}{R_3} \)

\(\frac{1}{R_{\text{eq.}}} = \frac{1}{10} + \frac{1}{20} + \frac{1}{30} \)

\(\frac{1}{R_{\text{eq.}}} = \frac{30}{200} + \frac{1}{30} \)

\(\frac{1}{R_{\text{eq.}}} = \frac{11}{60} \)

\(R_{\text{eq.}} = \frac{60}{11} \)

\(R_{eq.}=5,45 Ω\)

Fontes

CARRON, Wilson; GUIMARÃES, Osvaldo. As faces da física (vol. único). 1. ed. Moderna, 1997.

HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos da Física: Eletromagnetismo (vol. 3). 9 ed. Rio de Janeiro, RJ: LTC, 2012.

NUSSENZVEIG, Herch Moysés. Curso de física básica: Eletromagnetismo (vol. 3). 2 ed. São Paulo: Editora Blucher, 2014.