Circuitos elétricos

Do estudo de eletrostática sabemos que há uma atração entre cargas de sinais diferente e uma repulsão entre cargas de sinais iguais. Um corpo em equilíbrio eletrostático, no seu estado neutro, possui o mesmo número de elétrons e prótons. Toda vez que temos um desiquilíbrio eletrostático é porque há um corpo com menos elétrons (carregado positivamente pelo excesso de cargas positivas) ou com mais elétrons (carregado negativamente pelo excesso de cargas negativas).

Um gerador de energia é um elemento que possui dois polos, um negativamente carregado e outro positivamente carregado, de forma que quando os dois polos são ligados por um fio condutor, a tendência, pela atração de cargas opostas, é dos elétrons se dirigirem ao polo positivo. Este fluxo de elétrons, que é ordenado, chama-se corrente elétrica. A corrente elétrica é medida em ampère (A) no S.I.

Este movimento dos elétrons caracteriza o início de um estudo da física: a eletrodinâmica!

Enquanto a eletrostática estuda as cargas em repouso (estática), a eletrodinâmica estuda as cargas em movimento (dinâmica). É importante ressaltar que houve um acordo da comunidade científica quanto ao sentido da corrente elétrica, de que não seria o sentido real, que vai do negativo para o positivo, mas que seria adotado o sentido convencional, do positivo para o negativo.

Se ligarmos um fio condutor nas duas pontas do gerador, como na Figura 1a, apenas estaremos estabilizando, equilibrando o próprio gerador. Contudo, se aproveitarmos este fluxo de elétrons, cortando o fio no decorrer deste trajeto (Figura 1b) e ligando as duas novas pontas intermediárias em um aparelho, que opere com corrente elétrica, como uma lâmpada por exemplo, esta energia em potencial da bateria será aproveitada para alimentar um aparelho e fazê-lo funcionar quando ligado (Figuras 1c).

Figura 1. Circuito simples, com a pilha como gerador, o fio condutor e a lâmpada alimentada pelo gerador.

Esta energia acumulada que o gerador possui e que faz todo o circuito funcionar é denominada energia potencial elétrica, ou ainda, diferença de potencial, a famosa ddp. A tensão elétrica é o nome que se dá a medida desta ddp, também chamada de fem (força eletromotriz), cuja unidade de medida no S.I. é dada em volt (V).

Um circuito elétrico é o caminho fechado (circuito) percorrido pelos elétrons (elétrico), formado, na sua forma mais simples, pelo conjunto: gerador, fio condutor e o aparelho que se alimenta do gerador, ou seja, que funcione com a corrente elétrica. Podemos ter um ou mais aparelhos no circuito, bem como um ou mais geradores. Quando os geradores ou aparelhos estão no mesmo fio, dizemos que estão em série, mas se há uma bifurcação no fio, dividindo-se em dois ou mais fios, dizemos que estão em paralelo. Veja a figura 2 a seguir.

Figura 2. Dispositivos em série, no mesmo fio, e em paralelo, dividindo-se o fio condutor.

O objetivo de um circuito elétrico é fazer com que os aparelhos, que precisam de corrente elétrica para seu funcionamento, venham a operar quando ligados. No circuito, há um fluxo contínuo de elétrons. Caso seja necessário interrompê-lo em algum ponto, usam-se as chaves, ou interruptores, cuja função é parar o fluxo por meio de uma interrupção no fio condutor. Existem chaves que não só interrompe, mas também retorna o fluxo, pois possuem manobras de liga e desliga, como um interruptor para ligar e desligar uma lâmpada, por exemplo.

A seguir, na figura 3, temos a representação de alguns dispositivos que geralmente aparecem nos circuitos elétricos.

Figura 3. Representação dos elementos que geralmente estão em um circuito elétrico.

A resistência representa os aparelhos que funcionam com energia elétrica e são alimentados pelo gerador, apesar da resistência ser um dispositivo que não está presente em todos os aparelhos que o símbolo da Figura 3a representa. O resistor transforma energia elétrica em térmica por meio da agitação das partículas no material, pois na passagem de corrente elétrica, resistem a mesma, causando estas colisões e agitações das partículas. Sua medida no S.I. é dada em ohm ().

Os fusíveis são dispositivos que protegem o circuito e são compostos de um material condutor com ponto de fusão baixo, como chumbo e estanho. Eles se fundem na passagem de uma corrente elétrica maior que a permitida, interrompendo o circuito e protegendo os aparelhos de serem danificados. Ele deve ser ligado em série com a parte do circuito que será protegida. Sua medida no S.I. é dada em ampère (A).

O amperímetro e o voltímetro são medidores de corrente elétrica e tensão elétrica (ddp), respectivamente. O amperímetro deve ser colocado em série com o aparelho que se deseja medir a corrente, e o voltímetro em paralelo com o aparelho que se pretende medir a tensão.