Circuitos Elétricos
Leis Básicas
Alessandro L. Koerich
Engenharia de Computação
Pontifícia Universidade Católica do Paraná (PUCPR)
Introdução
• Como determinar os valores de tensão, corrente
e potência em um dado circuito elétrico?
• Para determinar estes valores, devemos
conhecer algumas leis básicas.
Introdução
• Leis básicas:
– Lei de Ohm
– Leis de Kirchhoff
• Outras técnicas de análise:
–
–
–
–
Combinação de resistores série/paralelo
Divisor de tensão
Divisor de corrente
Transformação triângulo-estrela e estrela-triângulo
Lei de Ohm
• Característica geral dos materiais:
– Se opor/resistir a passagem de corrente
– Propriedade física chamada de resistência (R)
• A resistência de qualquer material é dada por:
=
onde:
A = seção transversal
l = comprimento
ρ = resistividade
Lei de Ohm
• Resistividade (ρ) de alguns materiais:
Lei de Ohm
• Lei de Ohm: a tensão v através de um resistor é
diretamente proporcional a corrente i fluindo
através do resistor.
=
Símbolo
Lei de Ohm
• A resistência R de um elemento indica sua
habilidade em resistir (se opor) ao fluxo de
corrente elétrica.
• É medida em ohms (Ω)
• R pode variar entre 0 e ∞
Lei de Ohm
Curto circuito (R=0)
Circuito aberto (R→∞)
Condutância
• Habilidade de um elemento em conduzir
corrente elétrica.
• É medida em Siemens (S)
• Quantidade recíproca à resistência
=
1
=
Potência
• A potência dissipada em um resistor:
=
=
=
– É uma funcão não-linear da corrente e tensão.
– A potência dissipada é sempre positiva
Nós, Ramos e Laços
• Ramo: É um “caminho” entre dois nós. Contém
um único elemento.
• Nó: É um ponto do circuito comum a dois ou
mais elementos (ramos).
• Laço: É o caminho fechado em um circuito
passando apenas uma vez em cada nó e
terminando no nó de partida.
Nós, Ramos e Laços
Nós, Ramos e Laços
Nós, Ramos e Laços
• Teorema fundamental de topologia de rede:
= +
−1
b: número de ramos
l: número de laços independentes
n: número de nós
Laços independentes: contém pelo menos um ramo que não faz parte
de qualquer outro laço independente.
Elementos em Série/Paralelo
• Dois ou mais elementos estão em série se eles
compartilham exclusivamente um único nó.
– Estão sujeitos a mesma corrente.
• Dois ou mais elementos estão em paralelo se
eles estão conectados as mesmos dois nós.
– Estão sujeitos a mesma tensão.
Leis de Kirchhoff
• Lei das correntes de Kirchhoff (LCK)
– A soma algébrica das correntes entrando em um nó é igual
a zero
+
+
+ ⋯+
N: é o número de ramos
conectados ao nó
in: é a n-ésima corrente entrando
(ou saindo) do nó.
• Corrente entrando no nó: +
• Corrente saindo do nó: -
=
=0
Leis de Kirchhoff
• Definição alternativa para LCK
– A soma das correntes entrando em um nó é igual a
soma das correntes saíndo do nó.
=
í
• A LCK também se aplica a regiões fechadas
Leis de Kirchhoff
• Lei das tensões de Kirchhoff (LTK)
– A soma algébrica de todas as tensões ao redor de um
caminho fechado (ou laço) é igual a zero
+
+
+ ⋯+
M: é o número de ramos em um laço
vm: é a m-ésima tensão.
=
=0
Leis de Kirchhoff
• Definição alternativa para LTK
– A soma das quedas de tensão é igual a soma dos
acréscimos de tensão.
=
é
Resistores em Série e Divisor de Tensão
• A resistência equivalente de qualquer número de
resistores conectados em série é igual a soma
das resistências individuais.
=
+
+ ⋯+
=
• A tensão sobre um resistor (Rn) será então:
=
+
+ ⋯+
Resistores em Série e Divisor de Tensão
=
+
+ ⋯+
• Note que a tensão da fonte é dividida entre os
resistores em uma proporção direta às resistências.
• Princípio da divisão de tensão!
Resistores em Paralelo e Divisor de
Corrente
• A resistência equivalente de dois resistores
conectados em paralelo é igual ao produto de
suas resistências dividido pela sua soma.
=
+
• Caso geral, para N resistores:
1
=
1
+
1
+ ⋯+
1
Resistores em Paralelo e Divisor de
Corrente
• Casos particulares:
– Se R1=R2, então:
=
2
– Se R1=R2=R3=…=RN, então:
=
• Note que Req é sempre menor que a resistência do
menor resistor da combinação em paralelo.
Resistores em Paralelo e Divisor de
Corrente
• A corrente através de um resistor (Rn) será
então:
1
=
1
+
1
+ ⋯+
1
Transformação Triâgulo-Estrela
• Simplificar alguns circuitos quando os resistores não estão
nem em série, nem em paralelo.
• Utilizar redes equivalentes de 3 terminais.
– Redes Y ou T (estrela)
– Redes Δ ou Π (triângulo)
Transformação Triângulo-Estrela
Redes Y ou T (estrela)
Transformação Δ - Y
=
=
=
+
+
+
+
+
+
Transformação Y - Δ
=
=
=
+
+
+
+
+
+
Redes Δ ou Π (triângulo)
Transformação Triângulo-Estrela
Transformação Δ - Y: Cada resistor na rede Y é o produto
dos resistores nos dois ramos adjacentes da rede Δ,
dividida pela soma dos três resistores da rede Δ.
Transformação Y – Δ: Cada resistor na rede Δ é a soma
de todos os produtos possíveis dos resistores da rede Y,
dividida pela resistor oposto da rede Y.