Circuito em Série
Um circuito em série é uma configuração elétrica na qual todos os componentes são conectados em sequência, formando um único caminho contínuo. Essa disposição permite que a corrente flua sequencialmente através de cada componente. A resistência total em um circuito em série é igual à soma das resistências individuais de cada componente. Neste tipo de circuito, a corrente permanece constante em todos os componentes, enquanto a tensão se divide entre eles proporcionalmente às suas resistências. Circuitos em série são comumente usados em vários dispositivos eletrônicos, como em conjuntos de luzes natalinas e dispositivos simples a bateria, devido à sua simplicidade e facilidade de análise. No entanto, uma desvantagem dos circuitos em série é que, se um componente falhar ou for desconectado, todo o circuito é interrompido, fazendo com que todos os componentes parem de funcionar.
Características dos Circuitos em Série
- Componentes conectados em sequência em um único caminho.
- A mesma corrente flui através de todos os componentes.
- A resistência total é a soma das resistências individuais.
- A tensão da fonte é distribuída entre os componentes com base em seus valores de resistência.
Análise
Para determinar a resistência total: Rtotal = R1 + R2 + … + Rn. Para calcular a corrente usando a Lei de Ohm: I = Vtotal / Rtotal. Para determinar a queda de tensão em cada componente: Vcomponente = I * Rcomponente. Para calcular a dissipação de potência de cada componente: Pcomponente = I² * Rcomponente.
Aplicações
- Limitação de corrente: Resistores em série são frequentemente usados para limitar a corrente que flui através de um circuito ou componente.
- Divisão de tensão: Divisores de tensão podem ser criados conectando resistores em série, permitindo a distribuição de tensão entre vários componentes.
- Circuitos de sensores: Circuitos em série são usados em redes de sensores, onde vários sensores são conectados em série para detectar mudanças no fluxo de corrente.
Exemplo – Cálculo de Circuito de Corrente Contínua em Série
Considere um circuito em série simples de corrente contínua com uma fonte de tensão (V) e três resistores (R1, R2 e R3) conectados em série. O objetivo é calcular a corrente (I) através do circuito e a tensão em cada resistor. Valores dados: V = 12 V (CC), R1 = 4 Ω, R2 = 6 Ω, R3 = 2 Ω. Primeiro, determine a resistência total (Rtotal) do circuito em série: Rtotal = R1 + R2 + R3 = 4 Ω + 6 Ω + 2 Ω = 12 Ω. Em seguida, calcule a corrente (I) através do circuito: I = V / Rtotal = 12 V / 12 Ω = 1 A. Por fim, calcule a tensão em cada resistor: VR1 = I * R1 = 1 A * 4 Ω = 4 V, VR2 = I * R2 = 1 A * 6 Ω = 6 V, VR3 = I * R3 = 1 A * 2 Ω = 2 V. Conclusão: a corrente (I) através do circuito em série é de 1 A, e as tensões em R1 (VR1), R2 (VR2) e R3 (VR3) são 4 V, 6 V e 2 V, respectivamente. Observe que a soma das tensões individuais é igual à tensão da fonte: V = VR1 + VR2 + VR3 = 4 V + 6 V + 2 V = 12 V.
Exemplo – Cálculo de Circuito de Corrente Alternada em Série
Considere um circuito em série simples com um resistor (R), um capacitor (C) e um indutor (L) conectados a uma fonte de tensão de corrente alternada (V). O objetivo é calcular a corrente (I) e a tensão em cada componente. Usaremos a técnica de análise de fasores para esse cálculo. Valores dados: V = 120 V (rms) a uma frequência de 60 Hz, R = 10 Ω, L = 200 mH, C = 100 μF. Primeiro, calcule a frequência angular (ω): ω = 2 * π * f = 2 * π * 60 ≈ 377 rad/s. Em seguida, calcule a reatância indutiva (XL) e a reatância capacitiva (XC): XL = ω * L = 377 * 0.2 = 75.4 Ω, XC = 1 / (ω * C) = 1 / (377 * 100 * 10^(-6)) ≈ 26.5 Ω. Determine a impedância total (Z) do circuito em série: Z = R + j(XL – XC) = 10 + j(75.4 – 26.5) = 10 + j48.9 Ω. Calcule a magnitude da impedância: |Z| = √(R² + (XL – XC)²) = √(10² + 48.9²) ≈ 50.1 Ω. Calcule a corrente (I) através do circuito: I = V / |Z| = 120 V / 50.1 Ω ≈ 2.4 A. Calcule a tensão em cada componente: VR = I * R = 2.4 A * 10 Ω = 24 V, VL = I * XL = 2.4 A * 75.4 Ω ≈ 180.96 V, VC = I * XC = 2.4 A * 26.5 Ω ≈ 63.6 V. Conclusão: a corrente (I) através do circuito em série é aproximadamente 2.4 A, e as tensões no resistor (VR), indutor (VL) e capacitor (VC) são aproximadamente 24 V, 180.96 V e 63.6 V, respectivamente. Observe que a soma das magnitudes das tensões individuais não é igual à tensão da fonte devido às diferenças de fase entre as tensões nos componentes reativos (indutor e capacitor).
