AMPLIANDO SEUS CONHECIMENTOS Destacamos agora três assuntos que você deve priorizar nos seus estudos. São eles:

CIRCUITOS ELÉTRICOS

CONTEÚDOS

• Circuitos elétricos • Medidores elétricos

AMPLIANDO SEUS CONHECIMENTOS

Destacamos agora três assuntos que você deve priorizar nos seus estudos. São eles: • Circuitos elétricos

• Dispositivos de um circuito: fusíveis e disjuntores • Medidores elétricos: amperímetros e voltímetros

Em nossas reflexões, neste subsídio, vamos tratar dos circuitos elétricos e equipamentos associados.

Podemos pensar no circuito elétrico como o “caminho” por onde os elétrons podem fluir. No estudo dos circuitos elétricos é importante perceber a relação destes com os seguintes assuntos:

• Corrente elétrica

• Resistências em série ou em paralelo • Geradores elétricos

• Diferença de potencial elétrico • Condutores elétricos

• Rendimento dos aparelhos

O circuito elétrico estará completo quando a corrente elétrica, que sai de um dos terminais da fonte de energia, percorre os componentes do circuito e fecha seu percurso no outro terminal da fonte de energia. Ele possui uma fonte de tensão que pode ser uma tomada, uma pilha, uma bateria ou outro equipamento onde haja uma diferença de potencial elétrico.

A fonte de eletricidade, o condutor (cabo elétrico) pelo qual a eletricidade flui e o resistor elétrico (uma lâmpada por exemplo) são os componentes de um circuito simples. Quando o circuito se fecha, elétrons fluem do terminal negativo, através do fio condutor, passam pela lâmpada (iluminando-a) e finalmente retornam ao terminal positivo, em um fluxo contínuo.

Trataremos, neste capítulo, dos circuitos em série e dos circuitos em paralelo. Além destes, faz-se uso ainda dos circuitos mistos que são uma combinação dos circuitos em

série e em paralelo. Entretanto, estes não serão nosso objeto de estudo, neste momento. Você poderá estudá-los nos materiais indicados nas referências bibliográficas.

Quando conectamos dispostivos (lâmpadas por exemplo) ao circuito e estes formam um único caminho para o fluxo dos elétrons diz-se que o circuito está em série.

Observe que a corrente de elétrons só dispõe de um único caminho ao longo do circuito. Ou seja, a mesma corrente elétrica flui por todas as lâmpadas. A representação simbólica deste circuito em série é mostrada na figura a seguir.

Uma desvantagem da utilização de uma ligação em série, neste tipo de circuito, é que se um componente falhar, cria-se um circuito aberto e a corrente elétrica não fluirá para todos os componentes do circuito. Ou seja, em um circuito em série, a eletricidade passa por um único um caminho. No nosso exemplo (figura 1) as lâmpadas são alimentadas por uma bateria (uma pilha por exemplo). Fluindo da pilha para cada uma das lâmpadas, a eletricidade segue a sequência na ordem na qual elas foram conectadas ao circuito. Considerando que só existe este caminho para a corrente elétrica fluir através do

Figura 1 - Circuito em série ligado a uma bateria e com duas lâmpadas Fonte: Fundação Bradesco

Fluxo dos elétrons BATERIA

R

R

Figura 2 – Representação de um circuito em série ligado a uma bateria Fonte: Fundação Bradesco

condutor, caso uma lâmpada se queime, a outra não acenderá, porque o fluxo de corrente elétrica foi interrompido na lâmpada queimada.

Por outro lado, quando os dispositivos estão conectados ao circuito, possibilitando vários ramos para o fluxo de elétrons, este é denominado circuito em paralelo. Observe a ilustração a seguir.

Observe que a corrente de elétrons dispõe de duas possibilidades de caminhos ao longo do circuito. A representação simbólica deste circuito em paralelo é indicada na figura a seguir.

Compare o circuito em paralelo (figura 3) com o circuito em série da figura 1. Perceba que no circuito em paralelo, a corrente elétrica encontra mais de um caminho por onde fluir. No nosso exemplo, as quatro lâmpadas são alimentadas pela mesma bateria. Nesta situação, caso uma lâmpada se queime, aquelas que estão no outro ramo ainda

Figura 3 - Circuito em paralelo ligado a uma bateria e com duas ramificações Fonte: Fundação Bradesco

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R

R

Figura 4 – Representação de um circuito em paralelo ligado a uma bateria Fonte: Fundação Bradesco

continuarão acesas, pois o fluxo de corrente elétrica na lâmpada que se queimou não interrompe o fluxo de elétrons nas lâmpadas do outro ramo.

O que ocorrerá ao conectarmos no circuito elétrico vários aparelhos (lâmpadas, aquecedores, chuveiro etc)?

Conectando muitos aparelhos ao circuito, pode ocorrer uma sobrecarga que poderá ocasionar, por exemplo, um incêndio. Daí a importância de prevenir a sobrecarga inserindo fusíveis ou disjuntores no circuito.

Os fusíveis são dispositivos que possuem em seu interior, um fio que se derrete quando percorrido por uma corrente acima daquela que suporta. Um fusível, por exemplo, com a inscrição 20 A, permite a passagem de uma corrente elétrica de até 20 A. Se ele for percorrido por uma corrente elétrica acima deste valor, o fusível se derreterá interrompendo a passagem da corrente. O fusível, depois de disparado, funde e não pode ser reutilizado.

Já nos disjuntores, quando a corrente elétrica que se estabelece estiver muito acima do que os fios e cabos podem suportar, ele “desarma” e interrompe o fluxo de corrente elétrica abrindo o circuito. Após ser desarmado o disjuntor poderá ser reutilizado depois que o problema for solucionado.

Será que na sua residência você utiliza fusíveis, disjuntores ou outros dispositivos, mais modernos, que também podem ser utilizados? Que tal você pesquisar sobre isso?

Figura 5 – Fusível Fonte: Mrs_ya/Shutterstock.com

Figura 6 – Disjuntores Fonte: Yurazaga/Shutterstock.com

Além dos fusíveis e dos disjuntores existem aparelhos que são concetados ao circuito para medida da corrente elétrica e da tensão elétrica no circuito. Trata-se dos amperímetros e dos voltímetros.

Para a medida da corrente elétrica é utilizado o amperímetro. Na medida do valor da corrente elétrica o amperímetro é conectado em série ao circuito.

Já os voltímetros medem a tensão aplicada a um elemento do circuito. Nessa situação, eles são conectados em paralelo ao aparelho cuja voltagem deseja-se medir.

R

R

A

O símbolo do amperímetro é

A

Figura 8 – Representação de um circuito onde foi inserido um amperímetro Fonte: Fundação Bradesco

O símbolo do voltímetro é

V

R

R

V

Figura 9 – Representação de um circuito onde foi inserido um voltímetro

Fonte: Fundação Bradesco

Figura 7 – Circuito simples onde foi inserido um amperímetro e um voltímetro

ATIVIDADES

1. Em um circuito em série, o que ocorre quando uma das lâmpadas se queima?

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2. Os fusíveis são dispositivos que são inseridos nos circuitos elétricos. Sobre eles, indique dentre as alternativas, aquela considerada correta.

a) Quando conectados ao circuito elétrico têm a função principal de proteção contra as sobrecargas da corrente elétrica.

b) Ao serem conectados em série não evitam danos ao sistema elétrico, tais como a queima do circuito, explosões e eletrocutamento.

c) Depois que se queimam, podem ser reutilizados ao serem novamente inseridos no circuito.

d) Para que funcionem corretamente, devem ser posicionados em paralelo ao equipamento cuja corrente elétrica se deseja medir.

e) São utilizados para determinar a tensão elétrica na parte do circuito que possui resistores em série e em paralelo.

3. (UEL-PR) O instrumento destinado a medir a intensidade de corrente elétrica é chamado de amperímetro. Para medir a intensidade da corrente que passa por um fio é preciso primeiro cortá-lo, para depois, então, conectar o amperímetro no circuito, de modo que a corrente atravesse o instrumento de medida. Com esta informação, conclui-se que é essencial que a resistência do amperímetro seja

a) grande, quando comparada com qualquer uma das resistências presentes no circuito. b) aproximadamente igual à maioria das resistências presentes no circuito.

c) aproximadamente igual à maior das resistências presentes no circuito. d) aproximadamente igual à menor das resistências presentes no circuito.

4. (UFRN) Pedro deseja determinar a diferença de potencial elétrico no resistor R1 e a

corrente elétrica no resistor R2 do circuito a seguir.

Marque a opção em que o voltímetro (V) e o amperímetro (A) estão corretamente conectados, de modo que Pedro possa medir as grandezas desejadas.

5. No circuito mostrado na ilustração, qual será a intensidade da corrente acusada pelo amperímetro? a) 4,00 A b) 2,00 A c) 1,50 A d) 0,50 A e) 0,25 A Bateria a) b) c) d)

LEITURA COMPLEMENTAR Elementos dos circuitos elétricos

Ao colocar um aparelho elétrico em funcionamento estamos fechando um circuito elétrico. Este circuito é constituído de aparelho elétrico; fonte de energia elétrica, que pode estar situada próximo ou distante do aparelho e fios de ligação que se conectam adequadamente um ao outro.

Para facilitar o manuseio, o circuito elétrico contém um elemento extremamente importante que é o interruptor. Nos aparelhos elétricos o interruptor é o botão liga-desliga. Já no circuito elétrico residencial existem vários locais onde ele pode ser interrompido, tais como: chaves, disjuntores, tomadas, plugues, soquetes onde são rosqueadas as lâmpadas, dentre outros.

A principal função dos fios de ligação em um circuito elétrico é delimitar o local que servirá como um caminho ou uma trilha através do qual a energia elétrica da fonte chega até o aparelho elétrico e com isso, ser utilizada por ele. Por exemplo, o fio de cobre utilizado na instalação elétrica residencial inclui uma capa plástica. O metal, nesse caso, é o caminho ou a trilha por onde a energia elétrica da fonte vai chegar até os aparelhos e a capa plástica que é um material isolante, delimita esse caminho. Quando a energia da fonte está sendo utilizada pelo aparelho, dizemos que o circuito está fechado e que há uma corrente elétrica.

Se ligarmos uma lanterna e sua lâmpada acende, o seu circuito elétrico, constituído de filamento da lâmpada e seus pontos de contato, fios de ligação cujas extremidades são conectadas aos dois terminais da pilha, está fechado. Desse modo, a energia química da pilha, transformada em energia elétrica, é utilizada pela lâmpada.

O mesmo se dá quando acendemos uma lâmpada ou ligamos um chuveiro, só que nestes casos, a fonte está longe e é de uso coletivo: é a usina.

Ao discarmos para uma pessoa com um telefone comum, através do sistema de fios, estamos tentando fechar um circuito elétrico que envolve o aparelho da pessoa que disca, uma ou mais centrais telefônicas e o aparelho telefônico que está sendo chamado. Este circuito, que é parte da rede elétrica telefônica, é constituído de fios de ligação e vários pontos de interrupção.

Se o telefone da outra pessoa está fora do gancho, o circuito elétrico não fecha e, por isso, a ligação não se completa. O mesmo se dá quando o fone não é retirado do gancho, isto é, toca e ninguém atende. Mais recentemente, as ligações telefônicas também estão sendo realizadas através de microcomputadores onde a voz é substituída pela mensagem escrita na tela. Nesta situação, se a ligação entre os microcomputadores é feita através de fios condutores de eletricidade, vários pontos de interrupção são

encontrados ao longo desse circuito e que durante a comunicação são acionados para fechá-lo.

Quando ligamos o rádio, mesmo que nenhuma estação esteja sintonizada, estamos fechando o seu circuito elétrico interno que inclui entre muitas coisas, a fonte de energia fios de ligação e o alto-falante. Ao sintonizarmos uma estação, algo a mais acontece e está relacionado com a antena do aparelho e a da estação.

Com a TV acontece algo semelhante quando sintonizamos uma determinada estação. A diferença reside em que a comunicação entre as antenas do aparelho e da estação escolhida envolve além do som a imagem. Internamente, o aparelho de TV contém vários circuitos elétricos que envolvem diferentes materiais condutores de eletricidade.

Tais circuitos, estão conectados à mesma fonte de energia elétrica que faz funcionar os demais aparelhos elétricos que são ligados na rede elétrica residencial.

Recentemente, temos encontrado cada vez mais os chamados telefones celulares. Internamente, os circuitos elétricos são alimentados por uma bateria, mas a comunicação entre eles dá-se por meio de antenas.

A comunicação entre microcomputadores também tem sido possível não apenas através de circuitos com fios mas também fazendo uso de antenas.Com o crescimento das comunicações entre governos, instituições científicas, bibliotecas, dos mais diferentes locais do planeta, além dos eventos que hoje têm transmissão para todas as regiões ou boa parte delas, a utilização de antenas e satélites artificiais tem sido cada vez mais presente.

Choque elétrico

Quando parte do nosso corpo fizer parte de um circuito elétrico, é bem provável que tomaremos um choque elétrico, se o circuito estiver fechado e dele fizer parte uma fonte de energia elétrica. Nesse caso, nesse trecho do nosso corpo, há também corrente elétrica e, dependendo de sua intensidade, os efeitos podem ser muito graves.

Um pedaço de nosso corpo que pode ser parte de um circuito elétrico é a região formada pelo dedo polegar e o dedo indicador, quando estamos mexendo num aparelho ou mesmo numa parte da instalação. Outras vezes o pedaço do nosso corpo que faz parte do circuito elétrico envolve a mão e vai até o pé. Essa é a situação que corresponde ao choque tomado quando vamos ligar ou desligar o chuveiro, por exemplo.

Se o trecho do nosso corpo que faz parte do circuito elétrico envolve as duas mãos, o risco é maior que nas situações anteriores. Isto porque a corrente elétrica passa diretamente pelo coração. Dependendo de sua intensidade, pode provocar até fibrilação ventricular, o que pode levar à morte em poucos minutos.

Uma maneira de se evitar os choques elétricos é fazer a ligação dos aparelhos à terra. O "fio terra" é feito enterrando-se, no local da instalação, uma barra de cobre em local úmido, para garantir alta condutividade elétrica entre os condutores e a terra.

Conectado à barra, está um fio de cobre que segue junto aos demais fios da instalação elétrica, formando, no caso da tomada, o terceiro fio.

O fio terra também é utilizado para aterramento das carcaças metálicas de chuveiros e outros aparelhos.

Disponível em: http://www.fisica.net/gref/eletro1.pdf. Acesso em: 09 ago. 2016.

INDICAÇÕES

Acesse o link https://www.youtube.com/watch?v=6c4PTdrZNsg e assista um vídeo que traz alguns experimentos envolvendo circuitos em série e em paralelo

O endereço eletrônico http://www.portaleletricista.com.br/tipos-de-fusiveis/ traz informações sobre características e tipos de fusíveis.

REFERÊNCIAS

ALVARENGA, B. Curso de Física. São Paulo: Scipione, 2010. v. 3. GASPAR, A. Física – volume 3. São Paulo: Ática, 2000.

HEWITT, P. Física conceitual. Porto Alegre: Bookman, 2012.

MRS_YA/SHUTTERSTOCK.COM. Fusível. Disponível em:

<http://www.shutterstock.com/pic-326168777/stock-photo-fuse-of-electrical-protection- component-isolated-on-white-background-it-breaks-circuit-when-amount-of-electrical-

current-more-than-designed-value-passing-through-fuse-element.html?src=mW6XI0xgNGK0TvvG6SA37A-1-2>. Acesso em: 09 ago. 2016. 08h36min.

PIETROCOLA, M. Física em contextos: pessoal, social e histórico: volume 3. São Paulo: FTD, 2011.

SAAD/SHUTTERSTOCK.COM. Circuito simples onde foi inserido um amperímetro e

um voltímetro. Disponível em:

<http://www.shutterstock.com/pic-291996857/stock-vector-ohms-law.html?src=4K8uy5NhrFQ6iKJue-7vJg-1-18>. Acesso em: 08 ago. 2016. 10h57min.

YURAZAGA/SHUTTERSTOCK.COM. Disjuntores. Disponível em:

<http://www.shutterstock.com/pic-389475976/stock-photo-various-automatic-circuit-

GABARITO

1. Na ligação em série a mesma corrente elétrica atravessa todas as lâmpadas. Se uma lâmpada falhar, cria-se um circuito aberto e a corrente elétrica não fluirá para todos os componentes do circuito.

2. Alternativa A 3. Alternativa E

A resistência elétrica do amperímetro deve ser pequena, quando comparada com qualquer uma das resistências presentes no circuito, para não alterar o valor da corrente a ser medida.

4. Alternativa A

O voltímetro deve ser ligado em paralelo com o resistor R1 e o amperímetro em série com

o resistor R2.

5. Alternativa E

Trata-se de um circuito simples e a corrente lida no amperímetro é aquela que flui no circuito.

Portanto ao determinarmos a corrente elétrica do circuito, determina-se o valor lido no amperímetro. Utilizando a expressão V = R.i onde,

V = 15 V R = 60 Ω Teremos: V = R.i 15 = 60.i i = 15/60 i = 0,25 A