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FONTES Para circuitos elétricos, basicamente estudamos
três tipos de fontes, ou seja, a Fonte de Tensão, a Fonte de
Corrente e as Fontes Dependentes. As Fontes Dependentes podem ser,
na maioria das vezes, por corrente ou por tensão. Quando trabalhamos com
fontes devemos salientar a diferença entre Diferença de
potencial e Força Eletromotriz. Para entendermos a diferença
vamos analisar o circuito abaixo.
Figura 01-1 Repare na Figura 01-1 onde
representamos, esquematicamente, uma fonte de tensão e sua estrutura interna
representada pela área realçada em amarelo. Basicamente, toda fonte de tensão
tem uma resistência interna Ri. Assim, quando colocamos uma
carga RL nos terminais A-B teremos uma
corrente iL circulando pelo
circuito. Então surge uma queda de tensão sobre Ri. Logo, a diferença de potencial que aparece nos
terminais A-B, ou seja, a tensão VRL sobre a carga,
será a força eletromotriz ( F.E.M. ) da fonte a menos da queda de
tensão sobre Ri. Logo, Ri e RL formam
um divisor de tensão resistivo. Portanto, podemos escrever a equação que define o
valor de VRL ou VAB, como: VAB = VRL = V - Ri iL Atente que os terminais A-B representam
os dois terminais de saída da fonte. No caso de ser uma pilha ou bateria,
temos acesso aos terminais A-B, onde o terminal A seria o
chamado polo positivo da pilha ou bateria e o terminal B,
seria o polo negativo. Logo, o que aparece em amarelo é a parte interna
da pilha ou bateria, na qual não temos acesso. Então, podemos calcular qual a
tensão que aparece nestes terminais. Esta tensão será a diferença de
potencial (D.D.P.) sobre a resistência RL. Caso não
tenhamos nenhuma carga (RL = ∞) ligada à pilha ou
bateria, a corrente circulante pelo circuito será nula. Assim, não teremos
queda de tensão sobre Ri. Então, a DDP coincidirá
com a FEM (aqui representada pela letra V) da pilha ou
bateria. Na prática, podemos usar um multímetro digital para medirmos este
valor, pois em geral, os multímetros digitais possuem uma resistência interna
da ordem de 10 megaohms, representando uma
carga desprezível. Tipos de Fontes 2. Tipos
de Fontes 2.1.Fontes Independentes Fontes de tensão Elétrica 2.1.1.Fontes
de Tensão Fontes de tensão são fontes que, idealmente,
fornecem uma tensão constante nos seus terminais de saída, independente da
carga. Na prática, porém, sua tensão de saída é uma função da carga, ou seja,
quanto maior a carga, menor a tensão de saída. Isto se deve a
sua resistência interna, como já foi explicado no item
1 (Introdução). Como exemplos, podemos citar as pilhas comuns, alcalinas
e recarregáveis, comumente utilizadas em lanternas, rádios portáteis, MP3,
MP4, etc ... Na linguagem popular, quando as pilhas ou
baterias estão desgastadas, dizemos que as mesmas se encontram "descarregadas".
Isso ocorre devido ao desgaste interno da pilha ou bateria, e isso faz com
que haja um aumento considerável da sua resistência interna. Então, quando
queremos que ela alimente uma carga, a corrente que circula pelo circuito é
suficiente para que praticamente toda a FEM (força eletromotriz) da
pilha ou bateria, seja reduzida na saída devido a
queda de tensão que ocorre na resistência interna da mesma. Se for pilhas comuns, devemos nos desfazer delas,
pois não há como recuperá-las. No entanto, se for pilhas ou
baterias recarregáveis, há como recuperá-las, bastando usar
um "carregador". Este aparelho faz que circule corrente pela
parte interna da pilha ou bateria, em sentido contrário, fazendo com que haja
uma redução na resistência interna e com isto dizemos, após um
determinado tempo de recarga, que a pilha ou bateria está carregada.
Isto permitirá que elas sejam utilizadas normalmente, como se fossem novas.
Em geral, podemos repetir esse processo de 500 a 1000 vezes,
dependendo do tipo de pilha ou bateria e do seu fabricante. Além de pilhas ou baterias, hoje temos como
fontes de tensão, aparelhos eletro/eletrônicos, desde os mais simples, como
os carregadores de celulares, até outros tipos bastante complexos e
específicos. Fontes de Corrente Elétrica 2.1.2. Fontes
de Corrente Fontes de corrente são fontes que, idealmente,
fornecem uma corrente constante, independente da carga. Na prática, estas
fontes são possíveis usando-se circuitos ativos, isto é, dispositivos
eletrônicos, tais como transistores, circuitos integrados etc. Pode-se
utilizar circuitos passivos, desde que o valor da carga seja bem menor que a
resistência interna da fonte. Assim, podemos construir uma fonte de corrente,
por exemplo, colocando-se uma resistência, de digamos 1000 ohms em
série com uma fonte de tensão de 12V. Se a carga for de
aproximadamente 1% do valor da resistência de 1000 ohms, ou
seja, 10 ohms, então temos uma fonte de corrente de
aproximadamente 1,2mA, corrente esta que circulará pela carga de 10
ohms.
Figura 01-2 Na Figura
01-2 vemos um exemplo de fonte de corrente e o símbolo utilizado para
representá-la em um circuito básico. Repare que a
corrente I circulará pela resistência R e sobre esta
teremos uma queda de tensão igual a VR = R I. Fontes Elétricas Dependentes 2.2 Fontes
Dependentes Fontes Dependentes, que podem ser de tensão ou
corrente, são aquelas que seu valor depende de outros fatores ligados ao
circuito, como por exemplo, uma tensão ou uma corrente sobre algum componente
pertencente ao circuito. O modelo elétrico de um transistor possui fontes
dependentes.
Figura 01-3 Na Figura 01-3 vemos um exemplo de
fonte de corrente e de tensão dependente em um circuito básico. A fonte de
corrente depende do valor da corrente de saída I2 e da
constante g12, onde esta é uma característica do dispositivo
e seu valor pode ser tabelado, calculado, etc ... . Já a fonte de tensão depende da tensão de
entrada V1 do circuito, bem como da constante g21.
Este é apenas um exemplo. Associação de Fontes 3. Associação
de Fontes
Figura 01-4 Vemos na Figura 01-4 a combinação de
fontes de tensão e fontes de corrente. Quando temos duas fontes de tensão em
série podemos substituí-las por uma única fonte de valor igual a soma das
duas. Isto é válido quando a polaridade das fontes aponta para o mesmo lado.
Isto é extensivo para uma quantidade qualquer de fontes de tensão. No caso de fontes de correntes em paralelo, vale
o mesmo princípio. Se as setas estão orientadas no mesmo sentido, podemos
substituí-las por uma única fonte de corrente de valor igual à soma dos
valores de cada fonte de corrente que compõe o circuito.
Figura 01-5 Na Figura 01-5 vemos a combinação de
fontes de tensão e fontes de corrente quando temos polaridades opostas. Neste
caso, devemos substituir as fontes por uma cujo valor será a subtração de
seus valores. Para mais do que duas fontes devemos somá-las algebricamente. Preste atenção para o fato que a orientação
(sentido) da fonte única, vista no circuito acima, supõe que V1 >
V2 e I1 > I2.
Técnica de Explosão de Fontes 4. Técnica
de Explosão de Fontes Em muitos circuitos as associações de fontes
apresentam-se de forma muito complexa para sua resolução. Uma das técnicas
mais empregadas nestas situações é a utilização da
chamada "explosão de fontes". Em que consiste esta técnica?
Veja o circuito abaixo.
Figura 01-6 Vemos na Figura 01-06 que temos duas
fontes de corrente e uma fonte de tensão. Repare que a resistência de 2
ohms que está em paralelo com a fonte de tensão V, pode ser
eliminada sem prejuízo para a solução do problema. Isto em virtude de
conhecermos o valor da fonte de tensão e o valor da resistência. Logo,
conhecemos a corrente elétrica que passa por essa resistência. O mesmo acontece com a resistência de 8
Ω em série com a fonte de corrente de 2 A. Retirando-a do
circuito não haverá mudanças no valor da fonte de corrente, ou seja,
continuará sendo de 2 A. Portanto, o novo circuito pode ser visto
na Figura 01-7.
Figura 01-7 Com a retirada da resistência de 8
ohms ficamos com uma fonte de corrente de 2 A que sai
do "terra" e chega ao nó e1. Desta forma,
se transformarmos esta fonte em duas fontes de corrente de 2 A, uma
chegando ao nó e2 e outra saindo do nó e2,
não alteramos as equações dos nós. No nó e3 a tensão
é V.
Logo, se colocarmos duas fontes de tensão, uma em
série com a resistência de 4 ohms e outra em série com a
resistência de 3 ohms, também não alteramos as equações de malha.
Figura 01-8 Veja na Figura 01-8 como ficou o
circuito. Naturalmente que as fontes de corrente que estão entre os
nós e1 e e2 podem ser somadas
algebricamente. Com isso obtemos uma única fonte de corrente
de 1 ampère, saindo do nó e2 e chegando ao
nó e1. Veja na Figura 01-9 como ficou o circuito.
Figura 01-9 Assim, conseguimos simplificar o circuito e
tornar bem mais fácil sua solução. Aplicando técnicas que estudaremos mais
tarde, facilmente encontraremos a solução do problema. No link abaixo,
apresentamos uma das técnicas utilizadas para solucionar este tipo de
circuito. Solução
do problema: clique aqui! |
