Tensão em Circuitos em Série e Paralelo Guia

FísicaInicianteTempo de leitura: 3 min

Visão Geral

A tensão é a diferença de potencial elétrico entre dois pontos em um circuito. A relação entre as tensões individuais e a tensão total difere significativamente dependendo do método de conexão. Este experimento usa voltímetros em tempo real para ajudar você a explorar o efeito de divisão de tensão em circuitos em série e a característica de tensão igual em circuitos em paralelo.

Antecedentes

Em 1845, o físico alemão Gustav Kirchhoff, aos 21 anos, formulou a famosa Lei das Malhas de Kirchhoff (LVK): a soma algébrica das elevações e quedas de tensão em qualquer malha fechada é zero. Esta lei estabeleceu a base teórica para a divisão de tensão em circuitos em série e a igualdade de tensão em circuitos em paralelo. Na era da telegrafia, os engenheiros usavam o princípio do divisor de tensão em série para transmissão de sinais de longa distância e a propriedade de tensão igual em paralelo para garantir tensão estável para cada nó. Hoje, essas leis permanecem a pedra angular do design de circuitos eletrônicos.

Conceitos-chave

Tensão Terminal

U

A tensão através de uma fonte de alimentação ou componente do circuito. Na simulação, a tensão total é controlada diretamente pelo controle deslizante de tensão da fonte de alimentação.

Divisão de Tensão

U_n \propto R_n

Em um circuito em série, a tensão total é distribuída entre os resistores. Quanto maior a resistência, maior a parcela de tensão que ela recebe.

Tensão Igual

U_1 = U_2 = U

Em um circuito em paralelo, a tensão através de cada ramo é igual e também é igual à tensão total.

Fórmulas e Derivação

Lei da Tensão em Série

U = U_1 + U_2

Em um circuito em série, a tensão total é igual à soma das tensões individuais. A energia diminui passo a passo à medida que passa por cada resistor.

Lei da Tensão em Paralelo

U = U_1 = U_2

Em um circuito em paralelo, a tensão através de cada ramo é igual e é igual à tensão da fonte de alimentação.

Passos do Experimento

1
Configurar Circuito em Série
Selecione 'Circuito em Série' no painel. Inicialmente, ambos os resistores são de $10\Omega$ . Você pode ajustar $R_2$ para $20\Omega$ ou outro valor. Feche o interruptor e observe as leituras dos três voltímetros $U$ , $U_1$ e $U_2$ . $U_1$ e $U_2$ somam $U$ ?
2
Explorar Efeito da Resistência
No modo série, tente mudar a resistência de $R_1$ ou $R_2$ . Você descobrirá: a parte com maior resistência tem uma leitura de voltímetro ____? Isso mostra que os circuitos em série distribuem a tensão proporcionalmente à resistência.
3
Mudar para Circuito em Paralelo
Mude o circuito para 'Circuito em Paralelo'. Observe as leituras do voltímetro através de $R_1$ e $R_2$ . Mesmo se os valores de resistência dos dois ramos forem definidos de forma diferente, suas tensões permanecem consistentes?
4
Alterar Tensão Total
Ajuste o controle deslizante de tensão da fonte de alimentação. Observe como a tensão através de cada ramo no circuito em paralelo muda com a tensão total. Pense: Qual é a relação entre as tensões dos ramos e a tensão da fonte de alimentação?

Resultados de Aprendizagem

Entender a relação aditiva da tensão total e das tensões dos componentes em circuitos em série
Dominar a característica física de que a tensão através de ramos paralelos é igual
Ser capaz de prever valores de tensão em série com base em proporções de resistência
Aprender a usar voltímetros virtuais para medir a diferença de potencial em circuitos

Aplicações Reais

Circuitos Divisores de Tensão: Dispositivos eletrônicos frequentemente usam dois resistores em série para obter uma tensão de referência mais baixa
Tomadas Domésticas: Todos os aparelhos são conectados em paralelo a uma fonte de alimentação de 220V (ou 110V) para garantir que cada um receba sua tensão nominal
Extensão de Faixa de Voltímetro: Um grande resistor é conectado em série com a cabeça do medidor para permitir que ele meça tensões mais altas

Erros Comuns

Erro

Em um circuito em série, a tensão através de todos os resistores deve ser igual

Correto

Incorreto. A tensão é dividida igualmente apenas quando os resistores em série são iguais. Resistências diferentes resultam em distribuições de tensão diferentes.

Erro

Em um circuito em paralelo, o ramo com maior resistência tem maior tensão

Correto

Incorreto. A tensão através de ramos paralelos é exatamente igual, independentemente da resistência. A resistência afeta apenas a corrente nesse ramo.

Leitura Adicional

Pronto para começar?

Agora que você entende o básico, comece o experimento interativo!

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