Circuito Equivalente e FCEM - Força Contra Eletromotriz

Vamos discutir alguns aspectos filosóficos da Eletrotécnica:

Como se define se um circuito é paralelo ou série?

Em um circuito paralelo, há somente uma única tensão aplicada. As correntes se ramificam (ou se dividem) em número igual às resistências de carga ligadas ao gerador.

Em um circuito série, há somente uma única corrente em circulação. A soma da tensão desenvolvida em cada uma das resistências de carga é igual a tensão do gerador.

Circuitos Série-Paralelo são uma combinação das duas condições anteriores.

Acompanhem as três condições da figura abaixo:




A figura "A" satisfaz as duas primeiras definições apresentadas anteriormente:

- Há uma única tensão;
- Há uma única corrente.

Então, o circuito da figura "A" é paralelo ou série?
Nem uma coisa, nem outra. O circuito da figura "A" é um circuito equivalente. Isso significa que todos os geradores e cargas de um circuito complexo podem ser resumidos em um único gerador e uma unica resistência de carga.

Ao associar uma chave no circuito, temos a condição B.



Com a associação da chave, podemos dizer que o circuito é paralelo.

Explicamos por quê:

Quando a chave está aberta, a tensão do gerador é igual a soma da tensão da resistência de carga que é nula mais a tensão desenvolvida na chave que é igual a tensão do gerador.

Quando a chave se fecha, a tensão desenvolvida na chave é nula e toda a tensão do gerador é transferida e desenvolvida na resistência de carga.

Mas se analisarmos todo o circuito pela circulação de corrente, voltamos à definição de circuito série   ...

A definição de um circuito paralelo depende de, ao menos, três elementos principais: dois geradores e uma resistência de carga ou um gerador e duas resistências de carga, conforme demonstra a figura abaixo:



Sem se esquecer dos fios condutores ...

Filosofia à parte, notem um importante detalhe na situação da figura "C", abaixo :



Se o voltímetro em paralelo for "ideal", isto é: não necessita de circulação de corrente dentro de si para medir a tensão desenvolvida na chave aberta, a tensão desenvolvida na chave é exatamente à mesma do gerador, porém em sentido oposto.

Forca Contra-Eletromotriz   ?

A soma das tensões desenvolvidas no gerador e na chave se anulam. Logo a tensão desenvolvida na resistência de carga e corrente resultante no circuito aberto é zero.

Percebam que a chave aberta se assemelha a um capacitor. Os dois terminais da chave atuam como armaduras e o espaço vazio entre os terminais é preenchido por ar. Os terminais da chave são montados num corpo isolante, geralmente plástico. Ar e plástico, ambos materiais dielétricos.

Grosseiramente podemos dizer que há uma "queda de braços" como no jogo de "braço-de-ferro", no qual duas forças iguais em sentidos opostos se anulam.

Se a tensão do gerador subir indefinidamente, os dielétricos desse estranho capacitor, isto é: o ar e o corpo plastico da chave, não terão como desenvolver uma tensão oposta suficiente. A rigidez dielétrica total da chave será vencida, ocorrerá a ruptura no dielétrico (o ar e o corpo isolante da chave) e uma corrente fluirá entre o gerador e a resistência de carga.

- Imagine um circuito série composto por uma bateria, um resistor, uma chave e um capacitor;
- Imagine agora um circuito série composto por uma bateria, um resistor uma chave e um indutor.



Ao ligar as chaves dos dois circuitos separados entre si ao mesmo tempo, poderemos observar os seguintes fenômenos.

1 - No tempo zero do ligamento da chave, a tensão no capacitor é zero e a tensão no indutor é igual a tensão da bateria.
ATÉ AQUI, NENHUMA NOVIDADE...

2 - À maneira que a corrente começa a fluir nos dos circuitos, a tensão no capacitor começa a aumentar e a tensão no indutor começa a diminuir, até o momento em que a tensão no capacitor praticamente iguala-se à tensão da bateria, enquanto que a tensão no indutor praticamente chega à zero.
ATÉ AQUI, NENHUMA NOVIDADE...

3 - A corrente que circula através do indutor aumenta até praticamente ao valor definido pela tensão da bateria. Num tempo infinito, toda a tensão da bateria é desenvolvida sobre o resistor.
ATÉ AQUI, NENHUMA NOVIDADE...

4 - A corrente que circula através do capacitor capacitor diminui até praticamente zero. Num tempo infinito, toda a tensão da bateria é desenvolvida sobre o capacitor.
ATÉ AQUI, NENHUMA NOVIDADE...

Percebe-se que os fenômenos que envolvem os dois circuitos são complementares.

Mas...

Durante o ciclo de ligamento do indutor, a fcem - força contra-eletromotriz é máxima no tempo zero e desaparece no fim do processo.

E quanto ao capacitor?

Durante o ciclo de ligamento do capacitor
A fcem - força contra eletromotriz é mínima no tempo zero e máxima no fim do processo? ...

Passei o problema aos Professores que mantém canais no Youtube.

O vídeo do prof. Bairros elucida o problema:

Professor Bairros
há 8 horas
Essa mesma dúvida teve Maxwell ao tentar explicar como a corrente circula por dentro do capacitor e a explicação nesse caso deve passar pela propagação das ondas eletromagnéticas entre as placas do capacitor, mas é uma questão bem interessante.

Notem que a propagação de ondas eletromagnéticas são geradas por correntes alternadas, MAS ao ligar a chave do circuito, a tensão nos terminais do interruptor vai para zero. Esse transiente de tensão pode ser decomposto numa série de ondas (senóides) conforme Análise de Fourier.



De acordo com a aula do prof. Bairros, o fenômeno que aparece nos terminais da chave aberta não é força eletromotriz, muito menos força-contra eletromotriz, mas apenas tensão ou diferença de potencial devido a concentração de cargas elétricas positivas e negativas nos terminais do interruptor.

Na minha casa fizemos uma 'casinha' pro meu filho.
Quem fez foi uma pessoa que ele conhecia.

Agora resolvemos trocar os fios, pra ele ligar forno elétrico por exemplo.

E vimos que quando desligava o disjuntor, a casa dele continuava com luz.

Fizeram a bifurcação dos fios, em paralelo e deveria ser em série..

Xevious escreveu:Na minha casa fizemos uma 'casinha' pro meu filho.
Quem fez foi uma pessoa que ele conhecia.

Agora resolvemos trocar os fios, pra ele ligar forno elétrico por exemplo.

E vimos que quando desligava o disjuntor, a casa dele continuava com luz.

Fizeram a bifurcação dos fios, em paralelo e deveria ser em série..

Por mais simples que possa ser um projeto elétrico, sempre é bom esquematizar e identificar todos os fios com fita crepe numerada.

Mais uma interessante apresentação, aos olhos da Físico-Química:



Notar que o início do estudo da eletricidade se dá pela eletrostática. Com a invenção da pilha, novas percepções e interpretações são apresentadas pela eletrodinâmica e eletromagnetismo.

Outro detalhe interessante se refere à nomenclatura de geradores eletroquímicos.

Célula, Pilha ou Bateria?

Apesar da diversificação vigente, podemos tentar ordenar essas designações.

Célula ou Cell, representa um único gerador eletroquímico formado por dois metais diferentes em uma solução ácida ou alcalina.

"Pilha" diz respeito ao "empilhamento de células", como a pilha de Volta, por exemplo. A corrente do arranjo "empilha" (soma) a tensão de todas células, mas tem o seu limite de corrente idêntico à capacidade de uma única delas.

No comércio, em geral, o nome "pilha" é dado as células mais comuns como as que empregam a tecnologia zinco-carvão. Pilhas alcalinas são enquadradas na mesma denominação.

Bateria, aparentemente, leva ao mesmo entendimento da explicação anterior, mas é comumente empregada em acumuladores automotivos chumbo-ácido ou células portáteis igualmente recarregáveis.

Outra questão que fica em aberto se diz ao caso da associação de células em paralelo. Neste caso, não ocorre o "empilhamento" de tensão, mas corrente disponível desse arranjo é igual a soma das correntes individuais de cada célula, todas de uma mesma tecnologia.

Pilhas e baterias primárias e secundárias
As pilhas e baterias primárias são aquelas que não são recarregáveis (seca, alcalina e de lítio), e as secundárias são recarregáveis (de chumbo (*), íon lítio, NiCad e NiMH).

Pilhas (na verdade, celulas) primarias sao aquelas que produzem energia no momento de sua constituiçao.
Celulas secundarias (conhecidas como pilhas secundarias), apos a sua constituiçao, sao carregadas por uma fonte externa de energia eletrica.

(*)Acumuladores, poderiam ser enquadrados na definiçao de celulas acumuladoras, pois alem de dependerem de uma fonte de carga externa para funcionar, apresentam uma caracteristica peculiar. Enquanto celulas secundarias sao constituidas de dois metais diferentes e um eletrolito, tais como niquel-cadmio, os acumuladores empregam apenas um unico metal em ambos eletrodos, alem do indispensavel eletrolito. O mais comum (talvez o unico ou mais conhecido) eh o acumulador chumbo-acido, largamente empregado em veiculos tais como onibus, caminhoes, carros de passeio, trens e empilhadeiras.

Mais uma interessante propriedade dos indutores.
Neste caso,  fenomenos entre transformadores e capacitores.



O canal do Prof. Oliveira apresenta varios fenomenos da eletricidade.
Eh um dos melhores da Rede. Vale a pena conhece-lo.
Recomendo a todos segui-lo assiduamente.

Eletrica Sem Limites

https://www.youtube.com/@eletrica-sem-limites

P.S.

Deem uma olhada na postagem anterior, revisada, sobre a definiçao de pilhas primarias e secundarias.

No meu entender, celulas primarias, secundarias e celulas acumuladoras ...