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Leis de Kirchhoff

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São duas leis que receberam esse nome em homenagem ao físico Gustav Kirchhoff. Antes de começar a falar da leis, vamos explicar alguns conceitos:

Nó: é um ponto onde três (ou mais) condutores são ligados.
Malha: é qualquer caminho condutor fechado.

Vamos tomar como exemplo o circuito abaixo:



No circuito acima, podemos definir:

Os pontos B e C são nós, uma vez que é o encontro de três condutores, e
 podemos identificar três malhas: ABCD, AEFD e CBEF.

Com esses conceitos em mãos vamos às leis de Kirchhoff.

Primeira lei de Kirchhoff (lei dos nós)

Em qualquer nó, a soma das correntes que o deixam é igual a soma das correntes que chegam até ele.

Segunda lei de Kirchhoff (lei das malhas)

A soma das tensões dos geradores em uma malha é igual a soma das quedas de tensão dos componentes dessa mesma malha.

Aplicando as leis de Kirchhoff




Vamos usar o circuito acima para tentar explicar as leis de Kirchhoff. 

  • Primeira lei: 
Pegando o ponto B como exemplo podemos concluir que:

I1 = I2 + I3
  • Segunda lei:
Existem várias formas de colocarmos em prática, mas vamos com essa:

1- "Olhar" as malhas no sentido horário, "separando" os resistores das fontes, sendo que, quando encontrarmos o lado positivo da fonte ela será negativa, caso encontremos uma corrente indo para um lado oposto ao nosso ela também será negativa. Exemplo:

Malha ABEF: U1 - U2 = VR1 - VR2, com a lei de ohm:

U1 - U2 = R1 . I1 - R2 . I2

Malha ACDF: U1 = R1 . I1 + R3 . I3

 Malha BCDE: U2 = R3 . I3 - R2 . I2
Para achar o valor das correntes, basta substituir os valores das tensões e das resistências e resolver o sistema de equações formado.
O objetivo desse post foi de mostrar uma explicação superficial das leis de Kirchhoff, sem entrar em cálculos e nem mesmo em uma teoria muito profunda.





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Elaborando um ckt

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     Caso seja pedido para você projetar um ckt na qual acenda um led com alimentação de uma bateria com uma tensão de 9V quando for pressionada uma chave/botão! 
      Como fazer isso ? 

  Primeiro:   
    Deve se analisar o que foi pedido. 


Segundo:  
Adquirir os dados. 


Terceiro: 
Projetar o ckt. 


Quarto: 
Montar o ckt de acordo com o projetado. 



   Como vemos, é pedido para que seja projetado um ckt na qual acenda um led quando uma chave/botão for pressionado. 

   Sabemos:
Que a alimentação  vai ser por uma bateria de 9V.
O led ''puxa'' uma corrente de 15mA= 0,015A e que aguenta uma tensão máxima de +- de uns 2V. 


  Com esses dados sabemos que o led ira queimar caso ligue o mesmo direto na bateria pois sua tensão max. é de 2V e a bateria fornece 9V, com isso sabemos que é necessário que haja algo para diminuir a tensão para que o led não queime. 

   Para que essa tensão seja diminuída, nos vimos  que tem dois modos para fazer isso, associação de geradores ou  utilizando um resistor. Neste caso é mais fácil e eficiente  utilizar um resistor para que aja uma queda de tensão e não chegue 9V no led e sim 2V. 
  
  E como descobrir o valor do resistor que necessito de usar?  

 Basta aplicar a lei de Ohms que foi vista anteriormente em outro post. Então ficaria : 

   R= V/I        R= 9/ 0,015 
                      R= 600Ω


Então iremos precisar de uma resistência de 600Ω para que nosso led não queime. 


Desenhando o ckt já projetado:



      Ckt montado:


No caso dessa imagem foi usado um microprocessador para alimentar o ckt,mas usando uma bateria também da na mesma.


   Acender um led deve ser muito sem noção não acha? 

 Podemos contextualizar esse ckt, podemos usar leds de coloração branca associados em paralelo para fazer uma lanterna,um abajur, luminária  podemos substituir o led por uma lampada e retirar o resistor e fazer associação de geradores para também poder fazer uma lanterna ou um mini abajur ou luminária com a unica diferença que vai ter uma lampada invés de leds. 

 Obs: Mais de um led porque talvez a luminosidade de apenas um não seja o suficiente para iluminar a área na qual você necessita.

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Associação de geradores

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     Gerador nada mais que é algo que gera alguma coisa , claro né!?
      No nosso caso o gerador será  uma pilha uma fonte, bateria e etc...
      Se por exemplo, temos um ckt que necessite 3V para funcionar corretamente e temos duas pilhas de 1,5V, o que podemos fazer com essas duas pilhas??
Podemos associar as duas de tal maneira que o valor das mesma irão se somar, então 1,5+1,5= 3V.
Podemos  também fazer o inverso se por exemplo temos um ckt que necessite de 1,5V e temos um gerador de 3V e uma pilha de 1,5V, podemos associar os dois geradores de tal maneira que o valor de suas tensões se subtraiam  então, 3,0-1,5= 1,5V.
Para tal feito podemos associar os geradores em serie e paralelo.


Serie:




Vemos nas duas primeiras imagens o caso dado como exemplo, e na terceira imagem a mesma situação a unica diferença que temos 3 geradores em serie de modo que suas tensões se somam.
Para que aja uma subtração nas tensões é só inverter o gerador desejado, exemplificando, é só trocar a polaridade do gerador no ckt para que aja a subtração, lembrando que o traço maior é o polo positivo e o traço menor é o polo negativo.Exemplificando por imagens:
 
Tensões se somando 


Tensões se subtraindo 

Paralelo:



Basicamente a mesma coisa que a associação em serie, a unica diferença é que todos os geradores tem que ter o mesmo valor pois se tiver algum gerador com um valor menor o mesmo vai se virar em um receptor por causa da diferença de tensão q vai haver do gerador de menor tensão com os outros.  





Uma imagem dos dois tipos de associações que vimos neste post.

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Componentes elétricos /eletrônicos

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   Não é nada mais do que aquelas ''pecinhas'' soldadas nas placas de circuitos elétricos e eletrônicos por exemplo quando  você abre seu computador, la tem um monte dessa ''pecinhas'' ou na televisão, em termos técnicos essas ''pecinhas'' são definidas como componentes elétricos/ eletrônicos.   
    Sem os componentes não daria pra fazer simplesmente nada e do decorrer do tempo , foram se descobrindo e inventando vários componentes que nos dias  atuais existem milhares de componentes  cada um com  suas características e funções diferentes uns dos outros. Abaixo temos alguns componentes: 



   Resistor:


Como vimos, o resistor é um componente que é capaz de gerar certa oposição a passagem da corrente e essa é uma das suas principais funções, existem outras também como ''regular'' o tempo de carga do capacitor um componente que veremos mais a frente. 

Simbolo:







Capacitor: 


É um componente que sua principal função é armazenar cargas elétricas, ele tem varias funções  por exemplo em filtros e entre outros... 

Simbolo:










Indutor:


Sua função é armazenar energia  magnética, é bastante usado em rádios e filtros, conhecido também como bobina. Veremos esse componente mais a frente.

Simbolo: 











Lampada: 


Tem como função transformar energia elétrica em energia luminosa, pode ser usada para indicar quando algo está acontecendo ou apenas para iluminação.


Simbolo:








Led ( Diodo Emissor e Luz) 

Basicamente tem a mesma função que a lampada, mais o led aguenta no máximo tensões de 2V e existe polaridade para ele ser ligado em um ckt. 



Simbolo: 






Chave: 

Sua principal função é interromper um ckt. Mais a seguir iremos ver em que a chave pode ser aplicada em um ckt.

Simbolo:



Voltímetro , Amperímetro e Ohmímetro : 


Suas funções são medir tensão ,corrente e resistência respectivamente, esses três ckts podem ser encontrados em um multímetro, um instrumento onde existe vários outros ckts  de medição elétrica/eletrônica.






Vimos então alguns componentes essenciais tanto na elétrica tanto na eletrônica, cada um com sua respectiva função e característica, mais a frente iremos aprofundar e conhecer novos componentes.




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Associação de Resistores

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Como já vimos, a resistência oferece uma oposição a passagem da corrente elétrica, assim sendo, o resistor é um componente fundamental na montagem de um circuito eletrônico, uma vez que, muitos outros componentes não suportam uma corrente muito alta, transformando a energia em calor e queimando.
Então basta colocar um resistor no circuito para que ele funcione?
A resposta é não, primeiramente, precisamos saber o valor do resistor para que ele não "deixe passar" uma corrente muito alta e também não deixar passar uma corrente que não seja suficiente para alimentar o circuito.
Mas, como saber o valor do resistor?
A resposta é Lei de Ohm. Conhecendo a tensão que alimenta o circuito e a corrente suportada pelos componentes, calculamos a resistência necessária.
Após isso, achamos outro problema, pois o valor da resistência encontrada nem sempre coincide com os valores padrões de fábrica. Para isso é que existe a ASSOCIAÇÃO DE RESISTORES, onde associando dois ou mais resistores, encontramos os valores procurados. Esse valor é chamado de resistência equivalente.

Associação em Série

Em uma associação em série, a resistência equivalente do circuito é igual a soma dos valores de cada resistor, assim, como a corrente é a mesma em todos os resistores existe uma queda de tensão em cada resistor, que somada é igual a tensão fornecida pela fonte.



Requivalente = R1 + R2;
A corrente é a mesma em qualquer ponto do circuito, e,
E  = V1 + V2.
Características:

 Na associação em série a corrente por todo ckt é a mesma da que sai do gerador, porém cada resistor ''puxa'' um pouco de tensão para ele e isso nós chamamos de queda de tensão, a soma das quedas de tensão de cada resistor tem que da o mesmo valor da tensão fornecida pelo seu gerador.

Podemos calcular essa queda de tensão pela seguinte formula:

V= R/RT x VT

V=  A queda de tensão no resistor que você deseja saber
R= A resistência do resistor escolhido
RT= A resistência total do seu ckt
VT= A tensão total fornecida pela fonte

E quando qualquer componente ligado em série em um ckt, se o mesmo queimar  todo o ckt para de receber a alimentação pois não terá caminho alternativo para que a corrente possa trafegar pelo ckt.

Associação em paralelo

Na associação em paralelo, a tensão em todos os resistores são iguais.



VR1=VR2;
It =  I1 + I2, e,
1 / Req = (1 / R1) + (1 / R2).
Quando trabalhamos apenas com dois resistores, como no caso acima, ainda podemos usar:
Req = (R1 . R2) / (R1 + R2)

Características:

 Na associação paralela a tensão é a mesma em todos os resistores, porém a corrente se divide através dos resistores em paralelo.

Para descobrir a intensidade da corrente através de um resistor em paralelo basta usar a lei de ohms para calcular e  a soma de todas as correntes nos resistores em paralelo tem que dar o mesmo valor da corrente que está sendo foernecido pelo gerador. Por exemplo:

Um gerador de 5V está fornecendo 10mA de corrente para um ckt onde existe dois resistores em paralelo, como a tensão é a mesma no ckt em paralelo ambos os resistores terão 5V e suponhamos que a corrente  se divida em 5mA para cada resistor, e a soma das duas correntes  dos resistores em paralelo tem que dar a corrente fornecida pelo gerador, então  5+5 =10mA.

Quando algum componente ligado em paralelo em um ckt queimar, o ckt não para de receber a alimentação pois existe um caminho alternativo fechando o ckt possibilitando a passagem da corrente.

Associação Mista

É a associação que mistura características da associação em série com características da associação em paralelo.





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Lei de OHM

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Nos posts anteriores falamos sobre corrente, tensão e resistência e agora vamos começar a escrever sobre a lei de OHM, que talvez seja a principal lei da eletrônica. Então vamos lá:
A lei de Ohm foi criada pelo físico alemão George Simon Ohm. Através de experiências, ele verificou que em alguns resistores, a corrente elétrica é proporcional à  tensão a ele aplicada. Então, matematicamente:

V=R.I


A expressão escrita por George Simon Ohm é valida para todos os tipos de condutores, porém, a lei descrita acima não se aplica a todos os materiais desses condutores, por exemplo, o condutor que se submete a esta lei terá sempre o mesmo valor de resistência, não importando o valor da tensão. E o condutor que não obedece, terá valores de resistência diferentes para cada valor de tensão aplicada sobre ele.
Existe também a segunda lei de ohm, mas que não iremos abordar nesse post.
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Curto-circuito

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          De uma forma simples o curto-circuito acontece quando seu circuito não tem uma resistência ( uma oposição a corrente). Mais o que é um curto-circuito? 
          Quando existe um gerador,fonte pilha etc...  Com seus polos negativo e positivo interligados sem que haja uma resistência ou um ckt para servir de receptor, certamente sem nenhuma resistência o polo que existir mais elétrons vai tentar se equilibrar com o polo que  tiver menos elétrons.Podemos observar isso usando um amperímetro e um voltímetro postos em um circuito, quando o ckt for fechado ( seus polos interligados) vamos poder observar que o valor marcado no voltímetro vai ser bem próximo de zero e o valor marcado no amperímetro será um valor alto, podemos interpretar isso de tal maneira: 

          Como o voltímetro marca um valor aproximado de zero, significa que está deixando de existir uma diferença de potencial, uma diferença de elétrons entre o positivo e o negativo e como o amperímetro marca um valor alto significa que nesse circuito está passando toda a corrente elétrica que estava no seu gerador, isso significa que está tendo um equilíbrio no ckt  e chamamos isso de curto-circuito.

         Podemos também fechar um curto em determinando componente dentro de um ckt , não estaremos fechando curto no gerador, fonte mais sim só no determinado componente por exemplo: Existe um ckt com quatro resistores e eu quero fechar um curto em um dos resistores, eu pego um fio  e faço um caminho alternativo sem uma determinada resistência sobre esse resistor e assim irei fechar curto sobre ele. Podemos ver isso na imagem abaixo:
          O caminho interligando os pontos x e y por cima do resistor R2 significa o fio e o i mostra o caminho pelo qual a corrente está passando.

Neste outro ckt , caso o ponto entre x e y seja fechado, vai ocorrer um curto-circuito.



    O curto-circuito é bastante perigoso pois pode causar vários acidentes dependendo da tensão e da corrente de cada ckt. O curto-circuito também pode danificar vários circuitos e para isso usamos proteções como o uso de fusíveis disjuntores e entre outros. Porém cada ckt tem seu modo de funcionalidade portanto o curto-circuito ser vantajoso ou desvantajoso para um ckt depende de como o tal funcionará e qual será sua aplicação e função.


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