Corrente e tensão com fiação paralela, série e mista

Os circuitos elétricos reais geralmente incluem não um fio, mas vários fios conectados de alguma forma entre si. Em sua forma mais simples circuito elétrico existe apenas uma "entrada" e uma "saída", ou seja, duas saídas para conexão com outros fios através dos quais a carga (corrente) tem a capacidade de fluir para o circuito e sair do circuito. Em uma corrente constante no circuito, os valores de corrente de entrada e saída serão os mesmos.

Se você olhar para um circuito elétrico que inclui vários fios diferentes e considerar um par de pontos (entrada e saída) nele, então, em princípio, o restante do circuito pode ser pensado como um único resistor (em termos de sua resistência equivalente ).

Com essa abordagem, eles dizem que se a corrente I é a corrente no circuito e a tensão U é a tensão terminal, ou seja, a diferença de potencial elétrico entre os pontos de "entrada" e "saída", então a relação U / I pode ser considerado inteiramente como o valor da resistência equivalente R do circuito.

Se lei de ohm for satisfeita, a resistência equivalente pode ser calculada facilmente.

Corrente e tensão com conexão em série de fios

No caso mais simples, quando dois ou mais condutores são conectados em um circuito em série, a corrente em cada condutor será a mesma e a tensão entre a "saída" e a "entrada", ou seja, nos terminais do circuito inteiro, será igual à soma das tensões nos resistores que compõem o circuito. E como a lei de Ohm é válida para cada um dos resistores, podemos escrever:

Portanto, os seguintes padrões são característicos da conexão serial dos fios:

• Para encontrar a resistência total do circuito, somam-se as resistências dos fios que compõem o circuito;

• A corrente no circuito é igual à corrente em cada um dos fios que compõem o circuito;

• A tensão nos terminais de um circuito é igual à soma das tensões em cada um dos fios que compõem o circuito.

Corrente e tensão com conexão paralela de fios

Quando vários fios são conectados em paralelo entre si, a tensão nos terminais desse circuito é a tensão de cada um dos fios que compõem o circuito.

As tensões de todos os fios são iguais entre si e iguais à tensão aplicada (U). A corrente em todo o circuito - na "entrada" e na "saída" - é igual à soma das correntes em cada um dos ramos do circuito, combinados em paralelo e formando este circuito. Sabendo que I = U / R, obtemos que:

Portanto, os seguintes padrões são característicos da conexão paralela de fios:

• Para encontrar a resistência total do circuito, some os recíprocos das resistências dos fios que compõem o circuito;

• A corrente através do circuito é igual à soma das correntes através de cada um dos fios que formam o circuito;

• A tensão nos terminais de um circuito é igual à tensão em cada um dos fios que compõem o circuito.

Circuitos equivalentes de circuitos simples e complexos (combinados)

Na maioria dos casos, os diagramas elétricos que representam uma conexão combinada de fios permitem uma simplificação passo a passo.

Grupos de partes do circuito conectadas em série e paralelas são substituídas por resistências equivalentes de acordo com o princípio acima, calculando passo a passo as resistências equivalentes das peças, trazendo-as a um valor equivalente da resistência de todo o circuito.

E se a princípio o circuito parece bastante confuso, então, simplificado passo a passo, ele pode ser dividido em circuitos menores de fios conectados em série e paralelo, e assim no final é bastante simplificado.

Entretanto, nem todos os esquemas podem ser simplificados de forma tão simples. Um circuito aparentemente simples de "ponte" de fios não pode ser investigado dessa maneira. Algumas regras devem ser aplicadas aqui:

• Para cada resistor, a lei de Ohm é cumprida;

• Em cada nó, ou seja, no ponto de convergência de duas ou mais correntes, a soma algébrica das correntes é zero: a soma das correntes que entram no nó é igual à soma das correntes que saem do nó (Primeira regra de Kirchhoff);

• A soma das tensões nas seções do circuito ao contornar cada caminho de «entrada» para «saída» é igual à tensão aplicada ao circuito (segunda lei de Kirchhoff).

Fios de ponte

Para considerar um exemplo de uso das regras acima, calculamos um circuito montado a partir de fios combinados em um circuito de ponte. Para tornar os cálculos não muito complicados, assumiremos que algumas das resistências dos fios são iguais entre si.

Vamos denotar as direções das correntes I, I1, I2, I3 no caminho da "entrada" para o circuito - para a "saída" do circuito. Pode-se ver que o circuito é simétrico, então as correntes através dos mesmos resistores são as mesmas, então vamos denotá-los com os mesmos símbolos. De fato, se você alterar a «entrada» e a «saída» do circuito, o circuito será indistinguível do original.

Para cada nó, você pode escrever as equações atuais, com base no fato de que a soma das correntes que entram no nó é igual à soma das correntes que saem do nó (a lei da conservação da carga elétrica), você obtém dois equações:

O próximo passo é anotar as equações para as somas das tensões para seções individuais do circuito conforme você percorre o circuito da entrada para a saída de maneiras diferentes. Como o circuito é simétrico neste exemplo, duas equações são suficientes:

No processo de resolução de um sistema de equações lineares, obtém-se uma fórmula para encontrar a magnitude da corrente I entre os terminais "entrada" e "saída", com base na tensão especificada U aplicada ao circuito e nas resistências dos fios :

E para a resistência equivalente total do circuito, com base no fato de que R = U/I, segue a fórmula:

Você pode até verificar a correção da solução, por exemplo, levando aos limites e casos especiais dos valores de resistência:

Agora você sabe como encontrar corrente e tensão para fios paralelos, em série, mistos e até mesmo de conexão, aplicando a lei de Ohm e as regras de Kirchhoff. Esses princípios são muito simples, e mesmo o circuito elétrico mais complexo com a ajuda deles é finalmente reduzido a uma forma elementar por meio de algumas operações matemáticas simples.