Lei das Tensões de Kirchoff (Segunda Lei)
A Lei da Tensão de Kirchoff é sua segunda lei da análise de circuitos e afirma que a tensão se dissipa em torno de uma espira soma zero, ou seja, geração de potencial é igual a potencial.
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Nosso tutorial sobre Leis de Kirchoff inclui:
Fundamentos das Leis de Kirchoff | Lei dos nós de Kirchhoff (Primeira Lei) | Lei das Tensões de Kirchhoff (Segunda Lei)
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A lei das tensões de Kirchoff também é conhecida como segunda lei de Kirchoff e é uma das principais ferramentas utilizadas na análise de circuitos elétricos e eletrônicos.
A Lei de Tensão é usada em uma variedade de áreas onde a análise de circuitos elétricos e eletrônicos é realizada. É uma das principais técnicas usadas em uma variedade de ferramentas de software de análise de circuitos.
Usando a lei, é possível obter insights sobre a análise de um circuito que não seria possível por outros meios. Em muitos aspectos, a base da lei: conservação de energia e conservação de carga, é simples, mas dá uma nova visão dos circuitos elétricos e eletrônicos que não é possível usando as visões anteriores dos circuitos.
DEFINIÇÃO DA LEI DE TENSÃO DE KIRCHOFF
Para entender melhor a Lei das Tensões de Kirchoff, o primeiro passo é olhar para a definição da lei das tensões. Feito isso, as explicações podem ser realizadas com mais facilidade.
Definição da Lei de Tensão de Kirchoff:
A lei das tensões afirma que a soma algébrica das tensões em qualquer caminho fechado de uma rede elétrica ou eletrônica em qualquer direção é zero.
Colocado em termos de circuito elétrico e eletrônico, isso significa que em qualquer loop em um circuito, a soma de todos os potenciais, quando criados por uma fonte ou descartados ou dissipados por um componente eletrônico, deve ser igual a zero.
Isso pode ser expresso matematicamente:
Ao somar todas as tensões ao redor de um loop, isso significa que as polaridades devem ser levadas em consideração, com as fontes adicionando tensão e outros componentes eletrônicos, como resistores, diminuindo a tensão.
A Lei da Tensão de Kirchoff obedece ao princípio da conservação da energia. Se uma ponta de prova se move em torno de um circuito, haverá várias fontes e quedas de potencial. Estes devem somar zero, pois quando a sonda retornar ao ponto inicial, ela deve estar no mesmo potencial que estava no início.
EXPLICAÇÃO DA LEI DE TENSÃO DE KIRCHOFF
Possivelmente, a melhor maneira de explicar a Lei de Tensão de Kirchoff é fornecer um exemplo simples. tome o circuito eletrônico simples abaixo que consiste em uma bateria (fonte de tensão) e três resistores, todos em um loop.
Este exemplo simples pode ser usado para fornecer uma primeira visão de como a lei funciona em um cenário real.
Para ilustrar como a Segunda Lei de Kirchoff funciona neste circuito, pegamos um circuito fechado simples com três resistores e uma fonte de tensão. Os números usados foram escolhidos para facilitar os cálculos e o exemplo mais claro de seguir.
É possível medir as tensões em cada componente do circuito e depois somá-las. Em cada caso o medidor é aplicado com a polaridade do medidor no mesmo sentido de acordo com a direção de rotação.
Observe que o terminal negativo do medidor de teste sempre mede o ponto mais anti-horário ao redor do componente
Para olhar mais para o circuito, é necessário descobrir a resistência total. Isso pode ser facilmente alcançado porque a resistência total dos resistores em série é a soma das resistências individuais. Isso significa que a resistência geral é de 1000Ω.
Pela Lei de Ohm, a corrente que flui é V / R = 100 / 1000 = 0,1A. É então possível calcular as tensões através dos resistores individuais da Lei de Ohm usando o fato de que a corrente através de cada resistor é 0,1A.
É importante que o sinal da queda de tensão seja tomado corretamente. Pode-se ver que da maneira como os medidores medem a tensão, com o fio positivo do medidor no sentido mais anti-horário, a tensão para a bateria será positiva, mas as quedas de tensão nos resistores serão negativas.
É possível tabular as tensões ao redor da malha do circuito e somá-las para ver o efeito geral.
| SOMA DE TENSÃO AO REDOR DO CIRCUITO | |
|---|---|
| COMPONENTE DO CIRCUITO | CONTRIBUIÇÃO DE TENSÃO |
| Bateria 100V | +100V |
| resistor de 500R | -50V |
| resistor de 300R | -30 V |
| resistor de 200R | -20 V |
| TOTAL | 0 V |
Embora isso possa parecer bastante básico em seu conceito, tendo usado a Lei de Ohm para calcular as tensões ao redor do circuito, isso prova que a Lei de Tensão de Kirchoff para este circuito.
LEI DE TENSÃO DE KIRCHOFF EM CIRCUITOS MAIORES
A demonstração acima mostra em termos muito simples que a Lei de Tensão de Kirchoff se aplica a um circuito de loop simples. No entanto, os mesmos princípios podem ser aplicados a circuitos muito mais complicados que consistem em vários loops de circuito, etc.
É em circuitos mais complicados que a Lei de Kirchoff se destaca e se torna extremamente útil. Aqui, ele pode permitir que os circuitos sejam analisados em detalhes e fornece a base para muitos pacotes de software de análise de circuitos eletrônicos.
Vale a pena olhar para um exemplo típico de um sistema com dois loops. Isso fornece uma forma de exemplo da vida real do minério, onde geralmente há vários loops. As mesmas técnicas básicas que são usadas para resolver este exemplo mais simples podem ser expandidas para um número maior de loops.
Pode-se observar que o circuito eletrônico é composto por duas baterias com dois resistores em série com cada bateria e depois um resistor conectado à junção dos outros dois resistores ao terra. Embora haja um número limitado de componentes eletrônicos, os cálculos podem ser simplificados para o exemplo, mas ainda mostrando os princípios básicos usados.
Particularmente ao usar vários loops, é importante garantir que as convenções para o sentido de volta dos diferentes loops, as tensões sejam somadas. Desde que cada loop seja somado corretamente, as equações gerais funcionarão, mas errar os sinais pode causar problemas.
No circuito eletrônico abaixo, as direções foram selecionadas e as tensões podem ser somadas de acordo.
No Loop 1, a corrente que flui da bateria é tomada como I 1 e, da mesma forma, a corrente da bateria no Loop 2 é I 1 .
É possível criar duas equações simultâneas para os dois loops:
Isolando as diferentes variáveis e substituindo-as na outra equação, é possível calcular as correntes a serem:
As equações simultâneas nem sempre rendem cálculos muito fáceis, mas pode-se ver que é possível calcular os dois níveis de corrente nos circuitos, observando que no resistor R 2 a corrente é a soma de I 1 e I 1 .
Embora os cálculos possam se tornar prolixos, esta é uma técnica muito poderosa para analisar circuitos eletrônicos. Mesmo que o número de loops aumente, ainda há apenas uma incógnita por loop. Usando técnicas de computador, é possível realizar análises de circuitos em alguns grandes circuitos eletrônicos.
Assim, a Lei de Voltagem de Kirchoff é uma ferramenta chave na caixa de ferramentas para a realização de projetos de circuitos eletrônicos. Embora eles não possam ser usados em sua forma elementar, eles provavelmente serão incorporados em pacotes de software de análise de circuitos eletrônicos.
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