Explique como as leis de Kirchhoff se relacionam com os métodos de análise de malhas e nodal, inclusive nos casos de supermalhas e supernós.
Passo 1
Beleza, então o enunciado pede pra gente explicar como as duas leis de Kirchhoff (KCL e KVL) são a base por trás da análise de malhas (mesh) e de nós (nodal), incluindo os jeitos especiais quando surgem supermalhas e supernós. O conteúdo é Circuitos Elétricos – mais especificamente análise de circuitos por leis de Kirchhoff. Pra resolver isso, a gente vai precisar conhecer bem a Lei das Correntes de Kirchhoff (KCL), a Lei das Tensões de Kirchhoff (KVL) e entender o que são malhas, nós, supermalhas e supernós.
Passo 2
Primeiro, revisita rápida nas leis:
- KCL (Kirchhoff’s Current Law): em um nó, a soma algébrica das correntes que entram e saem é zero. Em notação:
- KVL (Kirchhoff’s Voltage Law): em qualquer laço fechado (malha), a soma algébrica das quedas de tensão é zero:
Essas duas leis vêm da conservação de carga (KCL) e da conservação de energia (KVL).
Passo 3
Análise de malhas (mesh):
- A gente identifica malhas — caminhos fechados que não contêm outras malhas dentro.
- Em cada malha, escreve a equação pela KVL: soma das resistências vezes as correntes de malha, mais as fontes, igual zero. Por exemplo, numa malha com duas resistências
e uma fonte :
- Se duas malhas compartilham um resistor, essa resistência aparece em duas equações com correntes de sinal oposto. A base disso é a KVL aplicadinha em cada laço.
Passo 4
Análise nodal (nodal):
- Escolhe-se um nó de referência (terra).
- Escreve-se KCL em cada um dos outros nós: soma das correntes que saem = 0.
- Cada corrente é expressa em função da diferença de tensão entre nós e a resistência: por exemplo, entre nó
e nó de referência :
- Se há fonte de corrente conectada ao nó, ela entra direto na soma de correntes. O resultado são equações lineares em termos das tensões nodais.
Passo 5
Supermalha:
- Quando uma fonte de corrente está entre duas malhas, você não consegue aplicar KVL em cada malha isoladamente (porque a fonte de corrente não dá uma tensão fixa pra escrever a volta).
- Aí a gente engloba as duas malhas numa “supermalha” maior e escreve uma KVL englobando todo o contorno externo dessa supermalha.
- Depois, escreve-se uma equação extra relacionando as correntes das duas malhas com a fonte de corrente (pela definição da fonte).
Passo 6
Supernó:
- Quando uma fonte de tensão está entre dois nós, não dá pra escrever KCL em cada nó isolado (porque a corrente pela fonte de tensão não é definida).
- A gente junta esses dois nós em um “supernó” e aplica KCL ao redor do supernó (somando as correntes que entram e saem de ambos os nós juntos).
- Além disso, escreve-se uma equação extra (pela própria fonte de tensão) que relaciona as tensões dos dois nós:
Resposta
As leis de Kirchhoff são justamente a base dos métodos de malhas e nodal: KVL dá as equações de malha, KCL dá as equações de nó. Nos casos de supermalhas e supernós, continuamos usando KVL e KCL, só que agrupamos malhas ou nós quando encontramos uma fonte de corrente (supermalha) ou de tensão (supernó), e depois adicionamos a equação complementar que vem da própria fonte.