AULA 3 - CIRCUITOS ELÉTRICOS I (Material Didático EEL ITJ)

From Wiki Itajaí
Jump to navigation Jump to search
Error creating thumbnail: File missing


INTRODUÇÃO À ANÁLISE DE CIRCUITOS ELÉTRICOS

O conteúdo desta aula pode ser encontrado nas seguintes referências:

  • BOYLESTAD: Cap.5 Circuitos em Série; Cap.6 Circuitos em Paralelo; Cap.7 Circuitos em Série-Paralelo.
  • SADIKU: Cap.2 Leis Básicas.
  • NILSSON/RIEDEL: Cap.2 Elementos de Circuitos; Cap.3 Circuitos Resistivos Simples.
  • HAYT: Cap.2 Componentes Básicos e Circuitos Elétricos; Cap.3 Leis de tensão e Corrente.
  • DORF: Cap.2 Componentes de Circuitos; Cap.3 Circuitos Resistivos

Elementos Básicos de Circuitos

A partir dos conceitos de tensão, corrente e resistência elétrica, definidos na aula anterior, torna-se possível ser mais específicos ao definir os principais elementos que compõe os circuitos elétricos. Em linhas gerais, existem 5 elementos básicos de circuitos elétricos (fonte de tensão, fonte de corrente, resistor, capacitor e indutor), que podem ser classificados como elementos ativos ou passivos. As principais descrições são listadas a seguir:

  • Fonte de Tensão: Uma fonte de tensão ideal é um elemento ativo que mantém sempre uma tensão fixa entre seus terminais, independentemente da corrente que flui entre eles.
  • Fonte de Corrente: Uma fonte de corrente é um elemento dual à fonte de tensão. A fonte de corrente ideal é um elemento ativo que mantém sempre uma corrente fixa entre seus terminais, independentemente da variação de tensão estabelecida entre eles.
 Fonte Controlada: Uma fonte controlada (de tensão ou corrente) é uma fonte que possui valor dependente 
 de tensão ou corrente estabelecida em algum outro elemento do circuito. Há 4 tipos de fontes controladas: 
   a)Fonte de corrente controlada por corrente (FCCC);
   b)Fonte de corrente controlada por tensão (FCCT);
   c)Fonte de tensão controlada por tensão (FTCT);
   d)Fonte de tensão controlada por corrente (FTCC).
  • Resistor: É um elemento passivo que proporciona resistência elétrica, normalmente utilizado para limitar a passagem da corrente elétrica em circuitos.
  • Capacitor: Um capacitor é um dispositivo elétrico passivo, capaz de armazenar cargas elétricas e energia na forma de um campo elétrico, acumulando um desequilíbrio interno de carga elétrica.
  • Indutor: Um indutor é um dispositivo elétrico passivo, capaz de armazenar energia na forma de campo magnético, normalmente combinando o efeito de vários loops da corrente elétrica.

Assista os vídeos abaixo para uma explicação introdutória sobre os elementos básicos de circuitos (bipolos):

Assista os vídeos abaixo para uma explicação introdutória sobre fontes de tensão e corrente:

{{#ev:youtube|9BkRC2a9WSM#!}}
{{#ev:youtube|l4_igZK863U#!}}

Topologia de Rede

Os elementos de um circuito elétrico podem ser conectados de diversas maneiras, de acordo com os conceitos básicos de topologia de rede. Dessa forma, para descrever completamente uma rede elétrica precisamos relacionar não só os elementos (fontes de tensão e corrente, resistores, indutores, capacitores, etc. ) que a compõem, mas também, relacionar a maneira pela qual todos esses elementos estão interligados. As interconexões entre esses elementos têm importância fundamental no estudo da rede, pois impõem vínculos correspondentes às duas leis de Kirchhoff.

Dentre as principais definições da topologia de rede pode-se destacar:

  • Ramos: Representa um único elemento simples da rede (qualquer elemento passivo ou ativo de dois terminais, pode ser um resistor, uma fonte de tensão ou corrente);
  • Nós: Representa o ponto de conexão entre dois ou mais ramos (ponto de conexão de elementos).

Obs: Se um curto-circuito conecta duas junções elas também representam o mesmo ponto de conexão (mesmo nó).

  • Caminho: Refere-se a passagem contínua por um conjunto de nós e ramos, desde que nenhum nó seja considerado mais de uma vez.
  • Laço: Qualquer caminho fechado em um circuito. É um caminho fechado onde o nó em que o caminho termina coincide com o seu nó inicial.
  • Malha: Malha é um conceito definido apenas para redes planares. É um laço que não contém quaisquer outros laços contidos em seu interior.

Assista os vídeos abaixo para uma explicação introdutória sobre topologia de redes e seus conceitos fundamentais:

Leis de Kirchhoff

As leis de Kirchhoff foram formuladas por volta de 1845, tendo-se como base o "Princípio de Conservação da Carga Elétrica" e o "Princípio da Conservação da Energia". Essas leis são assim denominadas em homenagem ao físico alemão Gustav Robert Kirchhoff (1824 – 1887) que teve seus trabalhos sintetizados pelo enunciado de duas leis:

  • Lei de Kirchhoff das Correntes (LKC): A soma algébrica das correntes em um nó é igual a soma das correntes que dele saem.
  • Lei de Kirchhoff das Tensões (LKT): A soma algébrica das tensões em um caminho fechado é sempre igual a zero;

Obs: As leis de Kirchhoff formam a teoria clássica da análise de circuitos elétricos. Entretanto, cabe destacar que elas só são válidas quando o comprimento de onda da oscilação eletromagnética é muito maior que as dimensões do circuito (circuitos eletricamente pequenos).

Assista os vídeos abaixo para uma explicação introdutória sobre as Leis de Kirchhoff:

Discussão Temática: Teoria de Grafos

A análise geométrica da topologia de redes, bem como suas relações fundamentais podem ser obtidas a partir da teoria de grafos.

Assista os vídeos abaixo para uma explicação introdutória sobre teoria de grafos e topologia de redes:

Uma síntese desta teoria com aplicações relacionadas à circuitos elétricos pode ser encontrada neste material:

Esse texto apresenta alguns conceitos importantes para um melhor entendimento e domínio da análise de circuitos e seus grafos, tais como: árvore, ramos de árvore, ramos de ligação, laços fundamentais, teorema fundamental da topologia de rede, e matrizes de resolução.

Circuitos Elétricos Fundamentais

Assista os vídeos abaixo para uma explicação introdutória sobre circuitos elétricos fundamentais e associação de resistores:

{{#ev:youtube|XPf1ucOJK9E#!}}
{{#ev:youtube|5Wcdqgz-c1I#!}}
{{#ev:youtube|ugcFNNA317E#!}}
{{#ev:youtube|NPI4PaKiorc#!}}

Vídeos de resolução de exercícios:

DESENVOLVIMENTO PEDAGÓGICO

Registro dos tópicos abordados nesta aula:

Elementos básicos de circuitos (fontes de tensão, fontes de corrente, fontes controladas, resistores, capacitores, indutores). Estudo de topologia de rede (ramos, nós, caminhos, laços, malhas). Introdução a análise de circuios elétricos; Leis de Kirchhoff (tensão e corrente); Exercícios de fixação (circuito com fonte controlada). Circuitos elétricos fundamentais: Associação série, paralelo e mista; Conceito e demonstração de resistência equivalente; Técnicas de análise para circuitos série, paralelo e misto; Configurações especiais (estrela e triângulo); Exercícios de fixação; 2ª Lista de Exercícios Básicos.

  • Discussão Temática: Teoria de grafos e análise da topologia de redes (árvore, ramos de árvore, ramos de ligação, laços fundamentais, teorema fundamental da topologia de rede, matrizes de resolução)

MATERIAL DE AULA

Os slides utilizados nesta aula podem ser baixados nesta seção. Eles podem ser utilizados como introdução aos temas apresentados em aula, mas não devem ser utilizados como única fonte de estudos. Estude pelos livros!

Bom estudo a todos!

Error creating thumbnail: File missing

Voltar para a página da disciplina

<< >>
Retrieved from "https://wiki.itajai.ifsc.edu.br/index.php?title=AULA_3_-_CIRCUITOS_ELÉTRICOS_I_(Material_Didático_EEL_ITJ)&oldid=200768"