Tópicos:
- Circuitos em série e paralelo em geral
- Conexão em série na prática
- Conexão em série: calcule a resistência de substituição
- Conexão em série: calcule corrente e tensão parcial
- Conexão paralela: calcule a resistência de substituição
- Conexão paralela: calcule correntes parciais
- Circuito combinado
- Exercício de circuito combinado
Circuitos em série e paralelo em geral:
Nesta página examinamos circuitos em série, circuitos paralelos e circuitos combinados usados na tecnologia automotiva. O conhecimento do eletrônica básica é necessário para isso.
Ligação em série:
O circuito a seguir mostra um circuito com bateria de 12 volts, um fusível (F), chave fechada (S) e duas lâmpadas (L1 e L2). O fio negativo da lâmpada L1 está conectado ao fio positivo da lâmpada L2. Chamamos isso de conexão em série.
A corrente através de ambas as lâmpadas é a mesma. A tensão é distribuída. Como no exemplo foram utilizadas duas lâmpadas com a mesma potência, a tensão da bateria de 12 volts se divide em 6 volts por lâmpada. Por esta razão, as lâmpadas na tecnologia automotiva não são colocadas em série. Além disso, caso ocorra uma lâmpada com defeito, todo o circuito será interrompido, fazendo com que a outra lâmpada não acenda mais.
Conexão paralela:
Na tecnologia automotiva quase sempre lidamos com circuitos paralelos. O circuito a seguir mostra o circuito no qual as lâmpadas L1 e L2 possuem seus próprios fios positivo e terra. A tensão em cada consumidor é igual à tensão da bateria; isso pode ser visto na medição de volts. Neste exemplo são utilizadas as mesmas lâmpadas da ligação em série; No entanto, aqui elas brilham com mais intensidade porque as lâmpadas agora recebem mais tensão e corrente.
Outra propriedade de um circuito paralelo é que se uma lâmpada estiver com defeito, isso não afetará o funcionamento da outra lâmpada.
Conexão em série na prática:
Conforme descrito no parágrafo anterior, na tecnologia automotiva quase sempre lidamos com consumidores conectados em paralelo. Afinal, queremos o máximo de tensão e corrente possível para permitir que os consumidores funcionem e o menor risco possível de interrupções se um dos consumidores falhar.
Na prática, encontramos consumidores que são colocados em série para realizar a sua tarefa. Tomamos como exemplo o motor do ventilador/aquecedor interno. Para regular a velocidade do ventilador, um resistor é colocado em série na conexão de aterramento entre o motor elétrico e o ponto de aterramento. Também chamamos isso de resistor em série.
Ao colocar um ou mais resistores em série, a perda aumenta e a tensão no motor elétrico diminui.
Leia mais sobre isso na página: resistor em série do ventilador do habitáculo.
Também pode haver uma conexão em série indesejada; por exemplo, uma resistência de transição em uma conexão positiva ou terra resultando em perda de tensão (veja a página “medir com o multímetro").
Conexão em série: calcule a resistência de substituição:
Todo consumidor elétrico possui um interno resistencia. Uma resistência alta resulta em uma corrente baixa; em outras palavras: a resistência determina a intensidade da corrente. A tensão fornecida é igual à tensão da fonte (Ub ou tensão da bateria).
No exemplo, os consumidores (R1 e R2) estão conectados em série. O negativo de R1 está conectado ao positivo de R2. A corrente através dos resistores é igual. Para calcular a corrente e, finalmente, as tensões parciais utilizando a Lei de Ohm, podemos começar calculando a resistência de substituição. Os valores de resistência são os seguintes:
- R1 = 15Ω
- R2 = 10Ω
Para calcular a resistência de substituição, substituímos os resistores R1 e R2 no diagrama por Rv.
Em um circuito em série podemos somar os valores da resistência. A fórmula e o efeito são mostrados abaixo.
O resultado do cálculo nos mostra que a resistência de substituição é de 25 Ohm. Nos exemplos a seguir podemos calcular ainda mais com o Rv.
Conexão em série: calcule tensões atuais e parciais:
Nesta seção calculamos a corrente total e as tensões parciais nos resistores R1 e R2. Para começar, precisamos de uma tensão de fonte (Ub). Neste exemplo de cálculo, esta tensão é de 14 volts.
Com uma tensão de fonte conhecida (Ub) e resistência de substituição (Rv) podemos calcular a corrente total (I). Determinamos o I com o Lei de Ohm:
A corrente em um circuito em série é a mesma em cada resistor. A seta verde na figura indica a direção do fluxo. A corrente é de 560 miliamperes.
Agora que a corrente é conhecida, podemos calcular as tensões parciais. Usamos isso para determinar quanta tensão cada resistor “consome”.
- A tensão (U) através do resistor R1 é chamada de: UR1. Usando a Lei de Ohm multiplicamos a intensidade da corrente pelo valor da resistência. A tensão no resistor é de 8,4 volts.
- Calculamos UR2 com a mesma corrente, mas agora com o valor de resistência de R2; esta tensão é de 5,6 volts.
Para verificar, você pode somar as tensões parciais e compará-las com a tensão da fonte. Somamos UR1 e UR2: são 14 volts. Isso é igual à tensão da fonte. Se você chegar a uma resposta diferente, isso pode ser devido a um pequeno desvio devido a um arredondamento intermediário ou a um erro no cálculo.
Conexão paralela: calcule a resistência de substituição:
Neste exemplo, R1 e R2 estão conectados em paralelo. Agora o menos de um consumidor não está mais ligado ao mais do outro. A tensão nos resistores agora é igual à tensão da bateria. A corrente é distribuída pelos resistores. Com valores de resistência iguais, a corrente total (I total, abreviada como It) é dividida por dois. Para calculá-lo, devemos primeiro determinar a resistência de substituição. Mais uma vez substituímos R1 e R2 por um resistor, chamado Rv. Obtemos então a mesma situação do exemplo com a conexão em série. Os valores de resistência são:
- R1 = 10Ω
- R2 = 20Ω
Em um circuito paralelo não podemos somar os valores da resistência. A fórmula geral é:
Insira os valores de resistência de R1 e R2:
Caminho 1: Calculamos o resultado de um décimo e um vigésimo e somamos os valores.
Caminho 2: Outra forma é calcular a resistência de substituição em forma de fração. Novamente inserimos os valores de R1 e R2 na equação. Abaixo das linhas divisórias (os denominadores) estão números desiguais; não podemos somar os denominadores. Portanto, primeiro os tornamos homônimos. Neste exemplo é fácil: um décimo cabe em um vigésimo duas vezes, então multiplicamos um décimo inteiro por 2. Obtemos então dois vigésimos. Em proporção, isso é o mesmo que um décimo. Com os mesmos denominadores podemos somar a fração: isso resulta em três vigésimos. Para calcular a resistência de substituição devemos inverter a fração: 1/RV torna-se RV/1 (podemos então riscar /1) e três vigésimos torna-se 20 dividido por 3. O resultado de 6,67 Ohm é igual ao resultado da via 1 .
Conexão paralela: calcular correntes parciais:
Podemos calcular a corrente total (It) dividindo Ub e Rv entre si:
O atual Itotaal será dividido em I1 e I2. Uma corrente diferente flui através de R1 e através de R2. Na junção as correntes parciais se reúnem novamente e voltam para o negativo da bateria.
Numa conexão paralela, a tensão em cada consumidor é igual à tensão da fonte:
Inserimos o mesmo valor da tensão da bateria nas fórmulas para UR1 e UR2: neste caso 14 volts. Dividimos a tensão pelos valores da resistência e obtemos as correntes parciais. Uma corrente de 1 amperes flui através do resistor R1,4 e de 2 miliamperes através de R700.
Quando somamos as duas correntes parciais, obtemos a corrente total de 2,1 amperes.
Circuito combinado:
Com um circuito combinado estamos lidando com um circuito em série e paralelo em um circuito. Na figura vemos que o resistor R1 está em série com os resistores R2 e R3 conectados em paralelo. Na prática, poderíamos encontrar isso com um fio positivo ruim para duas lâmpadas: R1 nesse caso é a resistência de transição, R2 e R3 são as lâmpadas.
Calcularemos as correntes e tensões com base nos seguintes dados:
- Ub = 12 volts;
- R1 = 0,5Ω
- R2 = 15Ω
- R3 = 15Ω
Num circuito paralelo sabemos que a tensão nos resistores é igual à tensão da fonte. Como estamos agora a lidar com um circuito combinado, isto já não se aplica; parte é ocupada por R1. No entanto, as tensões em R2 e R3 são iguais.
Para maior clareza, dividimos os cálculos em 5 etapas.
1. Determine Rv da conexão paralela:
Substituímos R2 e R3 por Rv e calculamos Rv em forma de fração por conveniência.
Agora há uma conexão em série: R1 obviamente permanece 0,5 Ω e Rv agora é 7,5 Ω
2. Determine Rv da conexão em série:
Na etapa 1 foi determinada a resistência de substituição de R2 e R3. O resistor de substituição estava em série com o resistor R1.
Nesta etapa somamos os valores de resistência de R1 e Rv para calcular novamente a resistência de substituição, mas agora a do circuito em série. Chamamos esse resistor de substituição de: Rv' (com acento) porque é um “segundo” Rv no circuito.
3. Calcule o total:
A corrente total é de 1,5 A e flui através do resistor R1 e do resistor substituto Rv'.
4. Calcule tensões parciais:
Reconstruímos o esquema passo a passo; colocamos R1 e Rv em série para calcular as tensões parciais UR1 e URv com os valores totais de corrente e resistência.
Para verificar: as tensões parciais somadas correspondem à tensão da fonte: (UR1 + URv = Ub) portanto nenhum erro de cálculo foi cometido até o momento.
5. Calcule fluxos:
Estamos completando o cronograma novamente. Na etapa 4 determinamos que a tensão no resistor R1 é de 0,75 volts. A tensão no resistor de substituição Rv é de 11,25 volts. Como num circuito paralelo a tensão nos consumidores é a mesma, sabemos que a tensão em R2 e R3 é de 11,25 volts.
Os resultados dos cálculos mostram que a corrente total flui através de R1, e a corrente é então distribuída por R2 e R3. Com valores de resistência desiguais, essas correntes diferem umas das outras.
Exercício de circuito combinado:
Nesta seção você mesmo pode praticar o cálculo do circuito combinado. Para facilitar para você, você pode seguir as etapas 1 a 5 do parágrafo anterior. Expanda o plano passo a passo com a etapa 6 para calcular as tensões parciais de R4 e R5.
Dado:
- Ub = 10 volts
- R1 = 1Ω
- R2 = 10Ω
- R3 = 4Ω
- R4 = 5Ω
- R5 = 15Ω
Procurado:
- Todas as tensões parciais (UR1 a UR5)
- Todos os subfluxos.
Páginas relacionadas:
