Leis de Kirchhoff – Lei dos Nós e Lei das Malhas

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Teoria

Opa, tudo bem? Vamos escrever uma matemática aqui embaixo: (basta apertar ‘ALT + =’ )

Exercícios Resolvidos

Exercício Resolvido #1

A corrente I 0 na figura é:

  1. - 4 A
  2. - 2 A
  3. 4 A
  4. 16 A

Passo 1

Bom, pessoal, vamos ao que a Lei de Kirchhoff de Correntes nos diz:

A soma das correntes que entram em um nó é igual a soma das correntes que saem do mesmo nó.

Ou seja:

S o m a   d a s   c o r r e n t e s   e n t r a n d o = S o m a   d a s   c o r r e n t e s   s a i n d o

Passo 2

Aí você me pergunta, quem está entrando no nó? Vamos olhar a figura:

São essas duas correntes que parecem se direcionar para dentro do nó!

Logo nossa Lei de Kirchhoff para o nó em questão fica da forma:

2   + 4 = S o m a   d a s   c o r r e n t e s   s a i n d o

Passo 3

Enquanto as correntes que saem são:

Pois apontam para fora do nó! Agora a Lei de Kirchhoff para o nó fica dessa forma:

2   + 4 = 10 + I 0

Passo 4

Para descobrir quanto vale o I 0 vamos isolar esse termo de um lado e fazer as operações entre os números:

I 0 = 2 + 4 - 10

Quando passamos um número positivo para o outro lado da equação, ele se torna negativo.

Fazendo essa conta temos:

I 0 = - 4 A

Não vamos esquecer a unidade, não é?

Resposta

a) - 4 A

Exercício Resolvido #2

Calcule as quantidades desconhecidas indicadas na figura:

Passo 1

Vamos ver uma informação sobre o nó desse circuito. Veja esses pontos de conexão entre os resistores:

Consegue perceber que não existe nenhum elemento, como uma fonte de tensão ou um resistor, entre esses dois pontos?

Isso quer dizer que para um circuito, esses dois pontos representam o mesmo nó!

Agora veja que o mesmo ocorre entre esses dois pontos:

Ou seja, tudo isso é um nó só:

Passo 2

Bom, agora que temos esse nó, podemos aplicar a Lei de Kirchhoff para correntes e descobrir a corrente desconhecida, não é mesmo? Podemos escrever a Lei dessa forma:

S o m a   d a s   c o r r e n t e s   e n t r a n d o = S o m a   d a s   c o r r e n t e s   s a i n d o

Quem são as correntes entrando? Só temos uma que aponta para dentro do nó:

Então a equação da Lei de Kirchhoff fica da seguinte forma:

20 = S o m a   d a s   c o r r e n t e s   s a i n d o

Enquanto as correntes que estão saindo, que apontam para fora do nó, são:

Dessa forma a equação da Lei de Kirchhoff fica da seguinte forma:

20 = 2 + 10 + I

Passo 3

Vamos resolver essa equação então? Para encontrar I , vamos isolar essa incógnita de um lado e passar todos os números para o outro lado da igualdade:

I = 20 - 2 - 10

Como os números que acompanhavam I eram positivos, quando passamos para o outro lado, eles se tornam negativos!

Fazendo essa continha encontramos

I = 8 A

Chegamos na corrente desconhecida!

Resposta

I = 8 A

Exercício Resolvido #3

Calcule as quantidades desconhecidas indicadas na figura:

Passo 1

Quando aplicamos a Lei de Kirchhoff para malhas, a primeira coisa a se fazer é definir o sentido da corrente. Nesse caso, como não podemos ter certeza do sentido da corrente, vamos escolher que a corrente circula no sentido horário:

Passo 2

Após ter escolhido o sentido da corrente, podemos definir os polos positivo e negativo para cada fonte de tensão e queda de tensão.

Temos algumas regrinhas bem simples:

  1. Quando a corrente passa pelo resistor, ela entra pelo polo positivo e sai pelo polo negativo da queda de tensão:
  2. Essa queda de tensão no resistor obedece a primeira lei de Ohm

    V = R ⋅ i

    Então, será igual a:

    V 2 = I ⋅ 2 Ω

  3. A fonte de tensão já define o polo positivo e o polo negativo de acordo com seu símbolo, o tracinho maior sempre será o positivo e o menor sempre será o negativo:

Vamos definir todos os polos positivos e negativos para o circuito:

Marquei de amarelo todas as informações que sabemos e de vermelho a informação que ainda não sabemos.

Passo 3

Vamos agora percorrer essa malha como se fôssemos a corrente. Por onde a corrente entrar pelo polo positivo e sair pelo negativo, iremos subtrair o valor. Enquanto por onde a corrente entrar pelo polo negativo e sair pelo polo positivo, iremos somar.

Calma, vamos ver cada um dos elementos.

  1. Começando pela primeira fonte de tensão de 20 V :
  2. Como a corrente entra pelo polo negativo e sai pelo polo positivo, vamos assumir como valor positivo:

    + 20 V

  3. O primeiro resistor tem uma queda de tensão igual a 2 V :
  4. Como a corrente entra pelo polo positivo e sai pelo polo negativo, vamos assumir como valor negativo:

    - 2 V

  5. A segunda fonte é aquela que desejamos saber o valor:
  6. Como a corrente entra pelo polo positivo e sai pelo polo negativo, vamos assumir como valor negativo:

    - V B

  7. O segundo resistor tem uma queda de tensão igual a 1 V :
  8. Como a corrente entra pelo polo positivo e sai pelo polo negativo, vamos assumir como valor negativo:

    - 1 V

  9. O terceiro resistor tem uma queda de tensão igual a 6 V :
  10. Como a corrente entra pelo polo positivo e sai pelo polo negativo, vamos assumir como valor negativo:

    - 6 V

  11. E por último, o quarto resistor apresenta uma queda de tensão igual a 1 V :

Como a corrente entra pelo polo positivo e sai pelo polo negativo, vamos assumir como valor negativo:

- 1 V

Vamos finalmente montar a nossa Lei de Kirchhoff que diz que a soma de todas as tensões de uma malha deve ser igual a zero. Veja:

+ 20 - 2 - V B - 1 - 6 - 1 = 0

Agora é só fazer essa continha

10 - V B = 0

Passando o V B que está negativo para o outro lado, ele fica positivo

10 = V B

Agora é só inverter a ordem da escrita para ficar bonitinho

V B = 10 V

Vê se não esquece a unidade, tudo bem?

Resposta

V B = 10 V

Exercício Resolvido #4

Calcule I 2 , I 3 e V A :

Passo 1

Vamos pensar o seguinte, como os resistores R 2 e R 3 estão em paralelo, eles devem ter a mesma queda de tensão entre os seus terminais, correto? Veja:

Mas quanto vale essa queda de tensão? Isso depende da corrente que passa em cada resistor:

Lembrando da fórmula da primeira lei de Ohm

V = R ⋅ i

temos que

V 2 = R 2 ⋅ i 2

V 3 = R 3 ⋅ i 3

Como já concluímos que V 2 = V 3 , então podemos escrever

V = I 2 ⋅ R 2 = I 3 ⋅ R 3

Ou seja, achamos uma relação entre I 2 e I 3 :

I 2 ⋅ R 2 = I 3 ⋅ R 3

Substituindo os valores dos resistores:

I 2 ⋅ 20 = I 3 ⋅ 60

Isolando o I 2 de um lado da igualdade, temos que passar o número 20   que o multiplica para o outro lado dividindo:

I 2 = I 3 ⋅ 60 20

Que será igual a:

I 2 = 3 ⋅ I 3

Passo 2

Lembra da Lei de Kirchhoff para correntes? A soma de todas as correntes que entram em um nó é igual a soma de todas as correntes que saem do nó:

S o m a   d a s   c o r r e n t e s   e n t r a n d o = S o m a   d a s   c o r r e n t e s   s a i n d o

Quem é o nosso nó? Esse aqui:

Quem são as correntes que entram? Apenas I 1 que vale 8 A :

8 = S o m a   d a s   c o r r e n t e s   s a i n d o

Enquanto as correntes que saem do nó são I 2 e I 3 :

8 = I 2 + I 3

Achamos mais uma relação entre I 2 e I 3 não é? Agora temos o sistema:

I 2 = 3 ⋅ I 3 I 2 + I 3 = 8

Substituindo a primeira equação na segunda, temos:

( 3 ⋅ I 3 ) + I 3 = 8

Somando 3 ⋅ I 3 a I 3 , temos:

4 ⋅ I 3 = 8

Agora para encontrar I 3 basta passar o 4 que está multiplicando para o outro lado dividindo

I 3 = 8 4

Então encontramos I 3 :

I 3 = 2 A

Como I 2 + I 3 = 8 , logo:

I 2 + 2 = 8

Isolando a corrente de um lado da equação:

I 2 = 8 - 2

Chegamos na segunda corrente!

I 2 = 6 A

Apenas utilizando Lei de Kirchhoff e nossos conhecimentos sobre Lei de Ohm!

Passo 3

Agora queremos encontrar a tensão da fonte V A , mas como? Primeiro vamos olhar para a primeira malha:

Sabemos todas as correntes e todos os resistores, então vamos aplicar Lei de Kirchhoff das malhas para essa malha destacada, certo? Vem comigo!

O primeiro passo é marcar o sentido da corrente que iremos acompanhar, nesse caso, vou usar o sentido anti-horário, pois as correntes I 1 e I 2 já circulam nesse sentido:

Passo 4

Agora vamos marcar os polos positivos e negativos, além de calcular as quedas de tensão nos resistores. Temos algumas regrinhas bem simples:

  1. Quando a corrente passa pelo resistor, ela entra pelo polo positivo e sai pelo polo negativo da queda de tensão:
  2. Essa queda de tensão no resistor obedece a primeira lei de Ohm

    V = R ⋅ i

    Então, será igual a:

    V 2 = I ⋅ 2 Ω

  3. A fonte de tensão já define o polo positivo e o polo negativo de acordo com seu símbolo, o traço maior sempre será o positivo e o menor sempre será o negativo:

Vamos definir todos os polos positivos e negativos para o circuito:

Passo 5

Vamos calcular as quedas de tensão nos resistores. Como a resistência R 1 está ligada em série com a fonte, por ela circula a corrente I 1 , então:

V 1 = R 1 ⋅ I 1

Substituindo os valores que o circuito nos fornece:

V 1 = 4 ⋅ 8 = 32 V

Agora pelo resistor R 2 circula a corrente I 2 , logo a queda de tensão será:

V 2 = R 2 ⋅ I 2

Substituindo os valores que o circuito nos fornece:

V 2 = 20 ⋅ 6 = 120 V

Passo 6

Agora que sabemos as quedas de tensão em cada resistor, vamos agora percorrer essa malha como se fôssemos a corrente. Por onde a corrente entrar pelo polo positivo e sair pelo negativo, iremos subtrair o valor. Enquanto por onde a corrente entrar pelo polo negativo e sair pelo polo positivo, iremos somar.

Calma, vamos ver cada um dos elementos.

  1. Começando pela primeira fonte de tensão de V A :
  2. Como a corrente entra pelo polo negativo e sai pelo polo positivo, vamos assumir como valor positivo:

    + V A

  3. O primeiro resistor tem uma queda de tensão igual a 32 V :
  4. Como a corrente entra pelo polo positivo e sai pelo polo negativo, vamos assumir como valor negativo:

    - 32 V

  5. O segundo resistor tem uma queda de tensão igual a 120 V :

Como a corrente entra pelo polo positivo e sai pelo polo negativo, vamos assumir como valor negativo:

- 120 V

Vamos finalmente montar a nossa Lei de Kirchhoff que diz que a soma de todas as tensões de uma malha deve ser igual a zero. Veja:

+ V A - 32 - 120 = 0

Resolvendo essa continha

+ V A - 152 = 0

Isolando o V A , encontramos

+ V A = 152 V

Chegamos na resposta final!

Resposta

+ V A = 152 V

I 2 = 6 A

I 3 = 2 A

Exercício Resolvido #5

Calcule todas as correntes através das resistências pelo método da corrente de malha:

Passo 1

Preparados para mais uma questãozinha de lei de Kirchhoff? Vamo que vamo!

Como ele nos deu as correntes no sentido horário:

Já somos capazes de estabelecer os polos positivo e negativo de cada queda de tensão, certo?

Lembrando das regrinhas:

  1. Quando a corrente passa pelo resistor, ela entra pelo polo positivo e sai pelo polo negativo da queda de tensão:
  2. Essa queda de tensão obedece a primeira lei de Ohm

    V = R ⋅ i

    Então, no resistor será igual a:

    V 2 = I ⋅ 2 Ω

  3. A fonte de tensão já vem definido o polo positivo e o polo negativo de acordo com seu símbolo:

Vamos definir todos os polos positivos e negativos para o circuito:

Para facilitar, dividi entre a malha 1 em laranja e a malha 2 em verde!

Passo 2

Vamos calcular as quedas de tensão nos resistores. Utilizaremos a Lei de Ohm:

V = R ⋅ I

  1. Calculando V a :
  2. V a = 4 ⋅ I 1

  3. Calculando V c :
  4. V c = 1 ⋅ I 1

  5. Calculando V e :
  6. V e = 1 ⋅ I 2

  7. Calculando V f :
  8. V f = 6 ⋅ I 2

  9. Calculando V g :

V g = 3 ⋅ I 2

Deixei por último as quedas de tensão V b e V d , pois elas estão sob o mesmo resistor de 5 Ω :

Vamos olhar apenas a queda de tensão V b e as correntes:

Dessa vez escreveremos a queda de tensão em função das duas correntes:

V b = 5 Ω ⋅ ( I 1 - I 2 )

Veja que eu subtraí I 2 de I 1 , pois a corrente I 1 causa esse posicionamento dos polos positivo e negativo, enquanto I 2 se opõe a essa circulação de corrente.

Vamos fazer o mesmo para V d :

Dessa vez escreveremos a queda de tensão em função das duas correntes:

V d = 5 Ω ⋅ ( I 2 - I 1 )

Passo 3

Vamos aplicar a Lei de Kirchhoff nessas malhas? Olhem de novo para a primeira malha:

Percorrendo de acordo com a circulação da corrente I 1 :

  • Fonte de tensão com sinal positivo:
  • 25 V

  • Queda de tensão V a com sinal negativo:
  • - V a = - 4 Ω ⋅ I 1

  • Queda de tensão V b com sinal negativo:
  • - V b = - 5 Ω ⋅ ( I 1 - I 2 )

  • Queda de tensão V c com sinal negativo:
  • - V c = - 1 Ω ⋅ I 1

    Montando a equação para essa malha, temos:

    25 - V a - V b - V c = 0

    Pela Lei de Kirchhoff, a soma de todas as tensões e quedas em uma mesma malha deve ser igual a zero!

    Vamos substituir as expressões das correntes. As unidades colocaremos só no final, beleza?

    25 - 4 ⋅ I 1 - 5 ⋅ ( I 1 - I 2 ) - 1 ⋅ I 1 = 0

    Aplicando a distributiva em:

    - 5 ⋅ I 1 - I 2 = - 5 ⋅ I 1 - 5 ⋅ ( - I 2 )

    Lembrando que multiplicação entre um número positivo com um número negativo é igual a um número negativo. Porém a multiplicação entre dois números negativos é igual a um número positivo:

    - 5 ⋅ I 1 - I 2 = - 5 ⋅ I 1 + 5 ⋅ I 2

    Então voltamos para a equação da primeira malha:

    25 - 4 ⋅ I 1 - 5 ⋅ I 1 + 5 ⋅ I 2 - 1 ⋅ I 1 = 0

    Vamos somar todos os termos que são multiplicados por I 1 :

    - 4 ⋅ I 1 - 5 ⋅ I 1 - 1 ⋅ I 1 = - 10 ⋅ I 1

    Aplicando na equação:

    25 + 5 ⋅ I 2 - 10 ⋅ I 1 = 0

    Achamos a primeira relação, vamos guardar ela com carinho! Enquanto isso vamos olhar para a segunda malha!

    Passo 4

    Vamos olhar de novo para a segunda malha:

    Percorrendo de acordo com a circulação da corrente I 2 :

  • Queda de tensão V e com sinal negativo:
  • - V e = - 1 Ω ⋅ I 2

  • Queda de tensão V f com sinal negativo:
  • - V f = - 6 Ω ⋅ I 2

  • Queda de tensão V g com sinal negativo:
  • - V g = - 3 Ω ⋅ I 2

  • Queda de tensão V d com sinal negativo:

- V d = - 5 Ω ⋅ ( I 2 - I 1 )

Montando a equação para essa malha, temos:

- V e - V f - V g - V d = 0

Pela Lei de Kirchhoff, a soma de todas as tensões e quedas em uma mesma malha deve ser igual a zero!

Vamos substituir as expressões das correntes. As unidades colocaremos só no final, beleza?

- 1 ⋅ I 2 - 6 ⋅ I 2 - 3 ⋅ I 2 - 5 ⋅ ( I 2 - I 1 ) = 0

Aplicando a distributiva em:

- 5 ⋅ ( I 2 - I 1 ) = - 5 ⋅ I 2 - 5 ⋅ ( - I 1 )

Lembrando que multiplicação entre um número positivo com um número negativo é igual a um número negativo. Porém a multiplicação entre dois números negativos é iguala um número positivo:

- 5 ⋅ I 2 - I 1 = - 5 ⋅ I 2 + 5 ⋅ I 1

Então voltamos para a equação da segunda malha:

- 1 ⋅ I 2 - 6 ⋅ I 2 - 3 ⋅ I 2 - 5 ⋅ I 2 + 5 ⋅ I 1 = 0

Vamos somar todos os termos que são multiplicados por I 2 :

- 1 ⋅ I 2 - 6 ⋅ I 2 - 3 ⋅ I 2 - 5 ⋅ I 2 = - 15 ⋅ I 2

Aplicando na equação:

- 15 ⋅ I 2 + 5 ⋅ I 1 = 0

Passando o - 15 ⋅ I 2 para o outro lado da equação

5 ⋅ I 1 = 15 ⋅ I 2

Dividindo os dois lados por 5 , ficamos com:

I 1 = 3 ⋅ I 2

Guardou essa relação? Vamos montar um sistema com as duas relações que encontramos!

Passo 4

As duas relações que encontramos foram:

25 + 5 ⋅ I 2 - 10 ⋅ I 1 = 0

I 1 = 3 ⋅ I 2

Se substituirmos a segunda relação na primeira, teremos o seguinte:

25 + 5 ⋅ I 2 - 10 ⋅ ( 3 ⋅ I 2 ) = 0

Fazendo primeiro essa multiplicação

- 10 ⋅ 3 ⋅ I 2 = - 10 ⋅ 3 I 2 = - 30 ⋅ I 2

Voltando para a equação:

25 + 5 ⋅ I 2 - 30 ⋅ I 2 = 0

25 - 25 ⋅ I 2 = 0

Agora vamos passar a corrente I 2 para o outro lado

25 = 25 ⋅ I 2

Quando passamos para o outro lado da igualdade, o sinal da corrente ficou positivo!

Dividindo os dois lados por 25 teremos:

I 2 = 1 A

UHUL, achamos a segunda corrente!

Vamos encontrar a primeira corrente, substituindo esse valor na relação:

I 1 = 3 ⋅ I 2

Logo:

I 1 = 3 ⋅ 1 = 3 A

Agora ficou fácil de achar a primeira corrente, certo? Estou sentindo que você está entendendo tudo, mas vamos fazer mais exercícios pra melhorar ainda mais!

Resposta

I 2 = 1 A

I 1 = 3 A

Exercício Resolvido #6

Um circuito em série é composto por uma fonte de tensão contínua de 120 V , um resistor de 20 Ω , cuja queda de tensão tem valor V desconhecido e um resistor R de valor desconhecido, cuja queda de tensão é de 80 V . Por este circuito circula a corrente de valor I . Para melhor visualização o circuito é apresentado abaixo. Os valores de I , V e R no circuito mencionado são:

  1. I = 8 A ,   V = 40 V ,   R = 40   o h m s
  2. I = 4 A ,   V = 80 V ,   R = 20   o h m s
  3. I = 2 A ,   V = 40 V ,   R = 20   o h m s
  4. I = 2 A ,   V = 40 V ,   R = 40   o h m s
  5. I = 4 A ,   V = 120 V ,   R = 40   o h m s

Passo 1

Vamos começar relembrando o que a Lei de Kirchhoff para tensões nos diz:

A soma das tensões de uma malha deve ser igual a zero

Mas temos que ver que em um circuito temos fontes de tensão e quedas de tensão.

Vamos primeiro evidenciar os polos positivo e negativo de cada elemento:

Passo 2

Por onde a corrente entrar pelo polo positivo e sair pelo negativo, iremos subtrair o valor. Enquanto por onde a corrente entrar pelo polo negativo e sair pelo polo positivo, iremos somar.

Calma, vamos ver cada um dos elementos.

  1. A fonte de tensão
  2. Será positiva:

    + 120 V

  3. A queda de tensão V no resistor de 20 Ω
  4. Será negativa:

    - V

  5. A queda de tensão 80 V no resistor R

Será negativa:

- 80 V

Passo 3

Vamos agora montar a nossa equação de malha:

120 - 80 - V = 0

40 - V = 0

Podemos passar a queda de tensão V , que desejamos descobrir, para o outro lado:

V = 40 V

Pronto, sabemos que a queda de tensão no resistor de 20 Ω é igual a 40 V !

Passo 4

Sabe como vamos encontrar a corrente? Através da Lei de Ohm:

V = R ⋅ I

Olhe nossos valores:

Logo:

V = 40 V

R = 20 Ω

I = ?

Aplicando na equação da Lei de Ohm:

V = R ⋅ i

40 = 20 ⋅ I

Passando o 20 para o outro lado da equação, ficamos com

I = 40 20 = 2 A

Achamos a corrente!!!

Passo 5

Agora vamos olhar para o resistor R

Pela Lei de Ohm:

V = R ⋅ I

Podemos substituir os valores:

V = 80 V

I = 2 A

Vamos descobrir o valor do resistor R :

80 = R ⋅ 2

Isolando o resistor R de um lado da equação:

R = 80 2 = 40 Ω

Pronto, encontramos todos os valores!

Resposta

d) I = 2 A ,   V = 40 V ,   R = 40   o h m s

Exercício Resolvido #7

Em uma Usina Hidrelétrica situada no Rio Iguaçu, o sistema de controle é em corrente contínua, cujo circuito equivalente está representado na figura abaixo. Em cima destas informações, quais são os valores da corrente no resistor de 2 k 2 ?

Passo 1

Bora para mais uma questãozinha!!!

Olhando o circuito, vemos que tem umas resistências meio esquisitas, não é? O que será que significa aquele 2 k 2   Ω e aquele 2 k 8   Ω ? Será que foi erro de digitação? Não! Essa é uma outra forma de escrever 2,2 k Ω e 2,8 k Ω . Nessa notação o k é escrito na posição onde ficaria a vírgula!

2 k 2   Ω = 2,2 k Ω

2 k 8   Ω = 2,8 k Ω

Show! Agora descobrimos que tem nada de errado no enunciado, podemos continuar a questão 😊

Como sabemos as tensões de toda a malha exceto da queda de tensão sob o resistor de 2 k 2 Ω , podemos aplicar a Lei de Kirchhoff nesta malha!

Primeiro passo é estabelecer a corrente:

O motivo de ter colocado nesse sentido é que como sabemos que em resistores, a corrente entra pelo polo positivo e sai pelo polo negativo, essa foi a primeira condição que atendemos já que o enunciado nos deu as polaridades dos resistores.

Passo 2

Evidenciar a polaridade dos outros elementos.

Vou colocar um exemplo aqui pra gente lembrar das regrinhas, beleza?

  1. Quando a corrente passa pelo resistor, ela entra pelo polo positivo e sai pelo polo negativo da queda de tensão:
  2. Essa queda de tensão no resistor será igual a:

    V 2 = I ⋅ 2 Ω

  3. A fonte de tensão já vem definido o polo positivo e o polo negativo de acordo com seu símbolo:

Vamos definir todos os polos positivos e negativos para o circuito:

Passo 3

Vamos aplicar a Lei de Kirchhoff nessa malha?

Percorrendo de acordo com a circulação da corrente I :

  • Fonte de tensão com sinal positivo:
  • + 120 V

  • Queda de tensão V com sinal negativo:
  • - V

  • Queda de tensão 20 V com sinal negativo:
  • - 20 V

  • Queda de tensão 56 V com sinal negativo:

- 56 V

Pela Lei de Kirchhoff, a soma de todas as tensões e quedas em uma mesma malha deve ser igual a zero!

120 - V - 20 - 56 = 0

Isolando a incógnita V que desejamos descobrir de um lado só, podemos passar para o outro lado da igualdade e ela se tornará positiva:

120 - 20 - 56 = V

Realizando essas subtrações:

V = 44 V

Encontramos a queda de tensão sobre o resistor 2 k 2 Ω ! Mas como vamos encontrar a corrente?

Passo 4

Vamos olhar de novo para o resistor:

Sabemos a queda de tensão V e a resistência R :

V = 44 V

R = 2 k 2   Ω = 2,2 k Ω

Agora não caímos mais na pegadinha da notação, né haha. Mas o que significa k ? Significa que estamos multiplicando aquela quantidade por 10 3 :

R = 2,2 ⋅ 10 3 Ω

Como não sabemos a corrente I , podemos utilizar a Lei de Ohm, veja:

V = R ⋅ I

Aplicando os valores que conhecemos:

44 = 2,2 ⋅ 10 3 ⋅ I

Isolando o I , teremos:

I = 44 2,2 ⋅ 10 3 = 44 2200

Realizando essa conta chegamos ao valor de:

I = 0,02 A

Resposta

I = 0,02 A

Exercício Resolvido #8

Um gerador de 168 V alimenta o circuito mostrado na figura abaixo, sendo o valor de R desconhecido. A diferença de potencial nos terminais do resistor de 10   o h m s de 24 V . Com estas informações determine o valor de R .

  1. 20   o h m s
  2. 15   o h m s
  3. 30   o h m s
  4. 10   o h m s
  5. 25   o h m s

Passo 1

Certo, a primeira informação que o enunciado nos deu é que a queda de tensão em cima do resistor de 10   o h m s é igual a 24 V :

Com essas informações:

R = 10 Ω

V = 24 V

Através da Lei de Ohm:

V = R ⋅ I

Podemos encontrar o valor da corrente I :

24 = 10 ⋅ I

Isolando a corrente I de um lado da igualdade:

I = 24 10 = 2,4 A

Show, já encontramos a corrente que passa pelo resistor de 10 Ω ! Mas, se olharmos bem o circuito, podemos ver que essa corrente é a mesma que passa pelo resistor de 15 Ω .

Então já ganhamos essa informação de graça 😊

Passo 2

Assim, utilizando novamente a primeira lei de Ohm

V = R ⋅ i

podemos calcular a queda de tensão no resistor de 15 Ω

V 2 = 15 ⋅ 2,4 = 36 V

E aos pouquinhos vamos colhendo informações e expandindo nosso circuito. Vamos continuar!

Passo 3

Podemos ver que fechamos uma malha de tensões, pela Lei de Kirchhoff, podemos percorrer a malha no sentido da corrente e encontraremos:

  1. A queda de tensão 36 V sendo negativa:
  2. - 36 V

  3. A queda de tensão 24 V sendo negativa:
  4. - 24 V

  5. A queda de tensão V sendo positiva! Porque os polos da tensão lã do lado direito indicam que o positivo está na parte de cima e o negativo na parte de baixo:

+ V

Sabemos que pela Lei de Kirchhoff para tensões, a soma de todas as tensões deve ser igual a zero:

V - 36 - 24 = 0

Isolando os números para o outro lado da igualdade, os termos passam de negativo para positivo:

V = 36 + 24 = 60 V

Passo 4

Agora que temos o valor dessa queda de tensão, vamos olhar para a malha com fonte de tensão:

Podemos aplicar novamente a Lei de Kirchhoff, concorda comigo? Para encontrar a queda de tensão em cima do resistor de 20 Ω .

Primeiro passo, vamos destacar os polos positivos e negativos da fonte de tensão e da queda de tensão no resistor de acordo com a corrente:

Segundo passo, vamos percorrer a malha seguindo a corrente:

  1. A fonte de tensão será positiva, pois a corrente entra pelo polo negativo e sai pelo polo positivo:
  2. + 168 V

  3. A queda de tensão V sob o resistor 20 Ω será negativa, pois a corrente entra pelo polo positivo e sai pelo polo negativo:
  4. - V

  5. A queda de tensão 60 V sob o resistor R será negativa, pois a corrente entra pelo polo positivo e sai pelo polo negativo:

- 60 V

Montando a equação de acordo com a Lei de Kirchhoff para tensões, sabemos que a soma de todos esses valores de tensão de uma mesma malha deve dar zero:

168 - V - 60 = 0

Passando o termo V para o outro lado da igualdade, conseguimos tornar ele positivo:

168 - 60 = V

Realizando essa subtração, encontraremos:

V = 108 V

Passo 5

Agora que sabemos sobre a queda de tensão no resistor de   20 Ω , podemos usar a Lei de Ohm para descobrir o valor da corrente que passa por ele:

A equação da Lei de Ohm é:

V = R ⋅ I

Aplicando os valores que conhecemos:

108 = 20 ⋅ I

Vamos isolar a corrente I que desejamos encontrar:

I = 108 20 = 5,4 A

Passo 6

Vamos olhar para o nosso circuito, pessoal, com correntes e tensões:

Percebe que sabemos todas as correntes, exceto I 3 que está saindo do nó.

Podemos aplicar a Lei de Kirchhoff para correntes, não podemos? Essa Lei nos diz que a soma das correntes que entram no nó é igual a soma das correntes que saem do mesmo nó:

S o m a   d a s   c o r r e n t e s   e n t r a n d o = S o m a   d a s   c o r r e n t e s   s a i n d o

A corrente que entra no nó é apenas I 1 , enquanto as correntes que saem do nó são I 2 e I 3 :

I 1 = I 2 + I 3

Sabemos os valores:

5,4 = 2,4 + I 3

Isolando a corrente I 3 :

I 3 = 3,0 A

Show! Encontramos mais uma informação, mas ainda não terminamos.

Passo 7

Olhe para esse ramo central:

Já sabemos a queda de tensão nesse resistor e a corrente que passa por ele. Para encontrar a resistência podemos aplicar a Lei de Ohm:

V = R ⋅ I

Aplicando os valores que já conhecemos da tensão V e a corrente I

60 = R ⋅ 3

Isolando R :

R = 60 3 = 20 Ω

Chegamos na resposta final, pessoal! Demorou, mas chegamos!

Resposta

R = 20 Ω

Exercício Resolvido #9

No circuito da figura abaixo, determine a corrente I , as quedas de tensão nos resistores R 1 e R 2 e a fonte de tensão E , sabendo que a queda de tensão V R 3   é igual a 10,5 V .

Passo 1

Estamos quase na última questão, galera, não desista!!!

A única informação que ele nos deu sobre o circuito é a tensão no resistor R 3 :

Nós temos os valores da tensão V R 3 e o resistor R 3 :

V R 3 = 10,5 V

R 3 = 21 Ω

Através da Lei de Ohm, podemos encontrar o valor da corrente I :

V = R ⋅ I

Substituindo os valores que já sabemos:

10,5 = 21 ⋅ I

Isolando a corrente de um lado da igualdade só:

I = 10,5 21 = 0,5 A

Achamos a corrente e sabe o que vamos fazer com isso? Calcular as outras quedas de tensão nos outros resistores!

Passo 2

Repare que todo o circuito é percorrido por uma única corrente, pois as resistências estão em série!

Como já calculamos a corrente que passa pelo resistor R 3 , então essa mesma corrente passará por todos os resistores.

Vamos calcular para o primeiro resistor:

Pela Lei de Ohm, podemos calcular a queda de tensão em cima do resistor:

V = R ⋅ I

Substituindo os valores que já conhecemos:

V R 1 = 14 ⋅ 0,5

Realizando essa multiplicação, encontramos:

V R 1 = 7 V

Vamos calcular agora para o segundo resistor da mesma forma:

Vamos aplicar a Lei de Ohm novamente com os valores que conhecemos:

V R 2 = 7 ⋅ 0,5

Realizando essa multiplicação, encontramos:

V R 2 = 3,5 V

Passo 3

Vamos ver como nosso circuito ficou?

Já que sabemos os valores de todas as quedas de tensão, podemos encontrar o valor da fonte de tensão E através da Lei de Kirchhoff para tensões.

Vamos percorrer a malha no sentido da corrente I .

  1. Primeiro temos a fonte de tensão com valor positivo, pois a corrente entra pelo polo negativo e sai pelo polo positivo:
  2. + E

  3. Em seguida temos todas as quedas de tensão com valor negativo, pois a corrente entra pelo polo positivo e sai pelo polo negativo em todos os resistores:

- V R 1 = - 7 V

- V R 2 = - 3,5 V

- V R 3 = - 10,5 V

Montando a equação da Lei de Kirchhoff, sabemos que a soma de todas as tensões em uma malha é igual a zero. Então vamos somar tudo que encontramos:

E - 7 - 3,5 - 10,5 = 0

Passando todos os valores independentes para o outro lado da igualdade, eles se tornarão positivos:

E = 7 + 3,5 + 10,5

Somando tudo, teremos que a fonte de tensão vale:

E = 21 V

Pronto, encontramos a resposta, graças a Lei de Kirchhoff!

Resposta

I = 0,5 A

V R 1 = 7 V

V R 2 = 3,5 V

V R 3 = 10,5 V

E = 21 V

Exercício Resolvido #10

Equacione o circuito abaixo, usando as leis de Kirchhoff:

Passo 1

Aeeee última questão para fechar com chave de ouro!!!

Olha só o que enunciado nos pediu, para equacionar. Então vai ser isso que faremos, não iremos resolver, apenas equacionar, ta bom? Então vamos lá!

O primeiro passo é definirmos nossas correntes, então como temos 3 malhas, teremos três correntes, veja:

O sentido das correntes foi escolhido arbitrariamente, você poderia escolher outros sentidos, se preferisse. Mas minha dica é escolher no mesmo sentido para evitar confusão no futuro 😉

Passo 2

Já somos capazes de estabelecer os polos positivo e negativo de cada queda de tensão, certo?

Vou mostrar um exemplo só para lembrarmos da regrinha, beleza?

  1. Quando a corrente passa pelo resistor, ela entra pelo polo positivo e sai pelo polo negativo da queda de tensão:
  2. Essa queda de tensão no resistor será igual a:

    V 2 = I ⋅ 2 Ω

  3. A fonte de tensão já vem definido o polo positivo e o polo negativo de acordo com seu símbolo:

Vamos definir todos os polos positivos e negativos para o circuito. Primeiro para as fontes de tensão:

Agora os polos positivo e negativo para as malhas 1 , 2 e 3 :

Passo 3

Vamos calcular as quedas de tensão nos resistores. Utilizaremos a Lei de Ohm:

V = R ⋅ I

  1. Calculando V R 1 :
  2. V R 1 = 4 I 1

  3. Calculando V R 2 :
  4. V R 2 = 2 I 1

  5. Calculando V R 3 :
  6. V R 3 = 6 ⋅ ( I 1 - I 3 )

    Fazemos essa subtração, pois quem causa esse posicionamento dos polos positivo e negativo de V R 3 é a corrente I 1 , porém a corrente I 3 é contrária a essa queda de tensão.

  7. Calculando V R 9 :
  8. V R 9 = 6 ⋅ ( I 3 - I 1 )

    Estamos fazendo a mesma subtração, só que invertemos as correntes por conta da polaridade!

  9. Calculando V R 4 :
  10. V R 4 = 5 ⋅ ( I 1 - I 2 )

  11. Calculando V R 8 :
  12. V R 8 = 5 ⋅ ( I 2 - I 1 )

  13. Calculando V R 5 :
  14. V R 5 = 3 I 2

  15. Calculando V R 6 :
  16. V R 6 = 2 ⋅ ( I 2 - I 3 )

  17. Calculando V R 10 :
  18. V R 10 = 2 ⋅ ( I 3 - I 2 )

  19. Calculando V R 7 :

V R 7 = 10 I 3

Passo 4

Vamos aplicar a Lei de Kirchhoff nessas malhas? Vamos olhar de novo para a primeira malha:

Percorrendo de acordo com a circulação da corrente I 1 :

  • Fonte de tensão com sinal positivo:
  • 20 V

  • Queda de tensão V R 1 com sinal negativo:
  • - V R 1 = - 4 I 1

  • Queda de tensão V R 2 com sinal negativo:
  • - V R 2 = - 2 I 1

  • Queda de tensão V R 4 com sinal negativo:
  • - V R 4 = - 5 ⋅ ( I 1 - I 2 )

  • Fonte de tensão com sinal negativo:
  • - 10 V

  • Queda de tensão V R 3 com sinal negativo:
  • - V R 3 = - 6 ⋅ ( I 1 - I 3 )

    Montando a equação para essa malha, temos:

    20 - V R 1 - V R 2 - V R 4 - 10 - V R 3 = 0

    Pela Lei de Kirchhoff, a soma de todas as tensões e quedas em uma mesma malha deve ser igual a zero!

    Vamos substituir as quedas de tensão calculadas anteriormente

    20 - 4 I 1 - 2 I 1 - 5 ⋅ ( I 1 - I 2 ) - 10 - 6 ⋅ ( I 1 - I 3 ) = 0

    Aplicando a distributiva em:

    - 5 ⋅ I 1 - I 2 = - 5 I 1 - 5 ( - I 2 )

    E em:

    - 6 ⋅ I 1 - I 3 = - 6 I 1 - 6 ( - I 3 )

    Lembrando que multiplicação entre um número positivo com um número negativo é igual a um número negativo. Porém a multiplicação entre dois números negativos é iguala um número positivo:

    - 5 ⋅ I 1 - I 2 = - 5 I 1 + 5 I 2

    E

    - 6 ⋅ I 1 - I 3 = - 6 I 1 + 6 I 3

    Então voltamos para a equação da primeira malha:

    20 - 4 I 1 - 2 I 1 - 5 I 1 + 5 I 2 - 10 - 6 I 1 + 6 I 3 = 0

    Vamos somar todos os termos que são multiplicados por I 1 :

    20 - 10 - 17 I 1 + 5 I 2 + 6 I 3 = 0

    Podemos subtrair esse 20 com o 10

    10 - 17 I 1 + 5 I 2 + 6 I 3 = 0

    Achamos a primeira relação, vamos guardar ela com carinho! Enquanto isso vamos olhar para a segunda malha!

    Passo 5

    Olhando agora para a segunda malha:

    Percorrendo de acordo com a circulação da corrente I 2 :

  • Fonte de tensão com sinal positivo:
  • + 10 V

  • Queda de tensão V R 8 com sinal negativo:
  • - V R 8 = - 5 ⋅ ( I 2 - I 1 )

  • Queda de tensão V R 5 com sinal negativo:
  • - V R 5 = - 3 I 2

  • Fonte de tensão com sinal negativo:
  • - 20 V

  • Queda de tensão V R 6 com sinal negativo:
  • - V R 6 = - 2 ⋅ ( I 2 - I 3 )

    Montando a equação para essa malha, temos:

    10 - V R 8 - V R 5 - 20 - V R 6 = 0

    Pela Lei de Kirchhoff, a soma de todas as tensões e quedas em uma mesma malha deve ser igual a zero!

    Vamos substituir as quedas de tensões que encontramos anteriormente

    10 - 5 ⋅ ( I 2 - I 1 ) - 3 I 2 - 20 - 2 ⋅ ( I 2 - I 3 ) = 0

    Aplicando a distributiva em:

    - 5 ⋅ ( I 2 - I 1 ) = - 5 I 2 - 5 ⋅ ( - I 1 )

    E em:

    - 2 ⋅ ( I 2 - I 3 ) = - 2 I 2 - 2 ⋅ ( - I 3 )

    Lembrando que multiplicação entre um número positivo com um número negativo é igual a um número negativo. Porém a multiplicação entre dois números negativos é iguala um número positivo:

    - 5 ⋅ ( I 2 - I 1 ) = - 5 I 2 + 5 I 1

    E

    - 2 ⋅ ( I 2 - I 3 ) = - 2 I 2 + 2 I 3

    Então voltamos para a equação da segunda malha:

    10 - 5 I 2 + 5 I 1 - 3 I 2 - 20 - 2 I 2 + 2 I 3 = 0

    Vamos somar todos os termos que são multiplicados por I 2 :

    10 - 10 I 2 + 5 I 1 - 20 + 2 I 3 = 0

    Podemos subtrair o 10 com o 20

    - 10 + 5 I 1 - 10 I 2 + 2 I 3 = 0

    Achamos a segunda relação, vamos guardar mais ela com carinho! Enquanto isso vamos olhar para a terceira e última malha!

    Passo 6

    Olhando a terceira e última malha:

    Percorrendo de acordo com a circulação da corrente I 3 :

  • Fonte de tensão com sinal positivo:
  • + 5 V

  • Queda de tensão V R 9 com sinal negativo:
  • - V R 9 = - 6 ⋅ ( I 3 - I 1 )

  • Queda de tensão V R 10 com sinal negativo:
  • - V R 10 = - 2 ⋅ ( I 3 - I 2 )

  • Fonte de tensão com sinal negativo:
  • - 5 V

  • Queda de tensão V R 7 com sinal negativo:

- V R 7 = - 10 I 3

Pela Lei de Kirchhoff, a soma de todas as tensões e quedas em uma mesma malha deve ser igual a zero!

5 - V R 9 - V R 10 - 5 - V R 7 = 0

Vamos substituir as quedas de tensão encontradas acima

5 - 6 ⋅ ( I 3 - I 1 ) - 2 ⋅ ( I 3 - I 2 ) - 5 - 10 I 3 = 0

Aplicando a distributiva em:

- 6 ⋅ ( I 3 - I 1 ) = - 6 I 3 - 6 ⋅ ( - I 1 )

E em:

- 2 ⋅ ( I 3 - I 2 ) = - 2 I 3 - 2 ⋅ ( - I 2 )

Lembrando que multiplicação entre um número positivo com um número negativo é igual a um número negativo. Porém a multiplicação entre dois números negativos é iguala um número positivo:

- 6 ⋅ ( I 3 - I 1 ) = - 6 I 3 + 6 I 1

E

- 2 ⋅ ( I 3 - I 2 ) = - 2 I 3 + 2 I 2

Então voltamos para a equação da terceira malha:

5 - 6 I 3 + 6 I 1 - 2 I 3 + 2 I 2 - 5 - 10 I 3 = 0

Vamos somar todos os termos que são multiplicados por I 3 :

5 - 5 + 6 I 1 + 2 I 2 - 18 I 3 = 0

Podemos subtrair o 5 com o outro 5

6 I 1 + 2 I 2 - 18 I 3 = 0

Achamos a terceira relação! Cumprimos o nosso propósito! Vamos relembrar todas as equações? Elas são:

10 - 17 ⋅ I 1 + 5 ⋅ I 2 + 6 ⋅ I 3 = 0 - 10 + 5 ⋅ I 1 - 10 ⋅ I 2 + 2 ⋅ I 3 = 0 6 ⋅ I 1 + 2 ⋅ I 2 - 18 ⋅ I 3 = 0

Resposta

10 - 17 ⋅ I 1 + 5 ⋅ I 2 + 6 ⋅ I 3 = 0 - 10 + 5 ⋅ I 1 - 10 ⋅ I 2 + 2 ⋅ I 3 = 0 6 ⋅ I 1 + 2 ⋅ I 2 - 18 ⋅ I 3 = 0