Definição de um Circuito Série Elétrica Simples

Conhecer os fundamentos da eletrônica significa compreender os circuitos, como funcionam e como calcular coisas como a resistência total em torno de diferentes tipos de circuitos. Os circuitos do mundo real podem ser complicados, mas você pode entendê-los com o conhecimento básico obtido em circuitos mais simples e idealizados.

Os dois tipos principais de circuitos são em série e em paralelo. Em um circuito em série, todos os componentes (como resistores) são dispostos em uma linha, com um único loop de fio formando o circuito. Um circuito paralelo se divide em vários caminhos com um ou mais componentes em cada um. Calcular circuitos em série é fácil, mas é importante entender as diferenças e como trabalhar com os dois tipos.

A eletricidade flui apenas em circuitos. Em outras palavras, ele precisa de um loop completo para que algo funcione. Se você interromper esse loop com um interruptor, a energia para de fluir e sua luz (por exemplo) se apagará. Uma definição simples de circuito é um circuito fechado de um condutor pelo qual os elétrons podem viajar, geralmente consistindo em uma potência fonte (uma bateria, por exemplo) e um componente ou dispositivo elétrico (como um resistor ou uma lâmpada) e fio condutor.

Você precisará se familiarizar com alguma terminologia básica para entender como funcionam os circuitos, mas você estará familiarizado com a maioria dos termos da vida cotidiana.

Uma “diferença de tensão” é um termo para a diferença de energia potencial elétrica entre dois lugares, por unidade de carga. As baterias funcionam criando uma diferença de potencial entre seus dois terminais, o que permite que uma corrente flua de um para o outro quando eles estão conectados em um circuito. O potencial em um ponto é tecnicamente a voltagem, mas as diferenças de voltagem são o mais importante na prática. Uma bateria de 5 volts tem uma diferença de potencial de 5 volts entre os dois terminais e 1 volt = 1 joule por coulomb.

Conectar um condutor (como um fio) a ambos os terminais de uma bateria cria um circuito, com uma corrente elétrica fluindo em torno dele. A corrente é medida em amperes, o que significa coulombs (com carga) por segundo.

Qualquer condutor terá "resistência" elétrica, o que significa a oposição do material ao fluxo de corrente. A resistência é medida em ohms (Ω), e um condutor com 1 ohm de resistência conectado a uma tensão de 1 volt permitiria o fluxo de uma corrente de 1 ampere.

A relação entre eles é encapsulada pela lei de Ohm:

Em palavras, "tensão é igual a corrente multiplicada pela resistência".

Os dois tipos principais de circuitos são diferenciados pela maneira como os componentes são organizados neles.

Uma definição simples de circuito em série é “Um circuito com os componentes dispostos em linha reta, de modo que toda a corrente flui por cada componente por vez”. Se você fez um circuito de loop básico com uma bateria conectada a dois resistores, e então tem uma conexão voltando para a bateria, os dois resistores estariam em Series. Assim, a corrente sairia do terminal positivo da bateria (por convenção, você trata a corrente como se ela emerge da extremidade positiva) para o primeiro resistor, daquele para o segundo resistor e depois de volta para o bateria.

Um circuito paralelo é diferente. Um circuito com dois resistores em paralelo seria dividido em duas trilhas, com um resistor em cada uma. Quando a corrente atinge uma junção, a mesma quantidade de corrente que entra na junção tem que deixar a junção também. Isso é chamado de conservação de carga ou, especificamente para eletrônicos, a lei atual de Kirchhoff. Se os dois caminhos tiverem resistência igual, uma corrente igual fluirá por eles; portanto, se 6 amperes de corrente atingirem uma junção com resistência igual em ambos os caminhos, 3 amperes irão fluir para baixo em cada um. Os caminhos então se unem novamente antes de se reconectar à bateria para completar o circuito.

O cálculo da resistência total de vários resistores enfatiza a distinção entre as séries e circuitos paralelos. Para um circuito em série, a resistência total (R​_total) é apenas a soma das resistências individuais, então:

O fato de ser um circuito em série significa que a resistência total no caminho é apenas a soma das resistências individuais nele.

Para um problema prático, imagine um circuito em série com três resistências:R​₁ = 2 Ω, ​R​₂ = 4 Ω eR​₃ = 6 Ω. Calcule a resistência total do circuito.

Esta é simplesmente a soma das resistências individuais, então a solução é:

Para circuitos paralelos, o cálculo deR​_total é um pouco mais complicado. A fórmula é:

Lembre-se de que esta fórmula fornece o recíproco da resistência (ou seja, um dividido pela resistência). Então você precisa dividir um pela resposta para obter a resistência total.

Imagine que esses mesmos três resistores de antes estivessem dispostos em paralelo. A resistência total seria dada por:

Mas este é 1 /R​_total, então a resposta é:

Você pode dividir todos os circuitos em combinações de circuitos em série e paralelos. Uma ramificação de um circuito paralelo pode ter três componentes em série, e um circuito pode ser composto de uma série de três seções paralelas ramificadas em uma fileira.

Resolver problemas como esse significa apenas dividir o circuito em seções e resolvê-las sucessivamente. Considere um exemplo simples, onde há três ramificações em um circuito paralelo, mas uma dessas ramificações tem uma série de três resistores conectados.

O truque para resolver o problema é incorporar o cálculo da resistência em série ao maior para todo o circuito. Para um circuito paralelo, você deve usar a expressão:

Mas o primeiro ramo,R​₁, é na verdade feito de três resistores diferentes em série. Então, se você se concentrar nisso primeiro, você sabe que:

Imagine issoR​₄ = 12 Ω, ​R​₅ = 5 Ω eR​₆ = 3 Ω. A resistência total é:

Com este resultado para a primeira ramificação, você pode ir para o problema principal. Com um único resistor em cada um dos caminhos restantes, diga queR​₂ = 40 Ω eR​₃ = 10 Ω. Agora você pode calcular:

Então, isso significa:

A resistência é muito mais fácil de calcular em um circuito em série do que em um circuito paralelo, mas nem sempre é o caso. As equações para capacitância (C) em circuitos em série e em paralelo funcionam basicamente ao contrário. Para um circuito em série, você tem uma equação para o recíproco da capacitância, então você calcula a capacitância total (C​_total) com:

E então você tem que dividir um por este resultado para encontrarC​_total.

Para um circuito paralelo, você tem uma equação mais simples:

No entanto, a abordagem básica para resolver problemas com séries vs. os circuitos paralelos são iguais.