QUESTÃO 1:
Defina o que é tensão e corrente. Como as grandezas se relacionam? (Indique suas unidades e a relação com a Lei de Coulomb). Como as Leis de Kirchhoff relaciona essas grandezas?
Passo 1
O enunciado pede para definirmos as grandezas tensão (também chamada de diferença de potencial) e corrente elétrica, indicar suas unidades, mostrar como a tensão se relaciona com a Lei de Coulomb e, por fim, expor como as Leis de Kirchhoff conectam essas grandezas num circuito elétrico. Vamos cobrir cada ponto passo a passo.
Passo 2
Definição de tensão elétrica e relação com a Lei de Coulomb
A tensão elétrica entre dois pontos e
de um campo elétrico é o trabalho necessário para deslocar uma carga de prova unitária de
até
. Em termos matemáticos:
A tensão elétrica entre dois pontos
Aqui,
é o campo elétrico. No caso de um único ponto carregado
, a partir da Lei de Coulomb, o potencial em uma distância
do ponto é
onde
é a permissividade do vácuo.
Unidade no Sistema Internacional:
Unidade no Sistema Internacional:
Passo 3
Definição de corrente elétrica
A corrente elétrica é a taxa de variação da carga elétrica que atravessa uma seção de um condutor por unidade de tempo. Escrevemos
A corrente elétrica é a taxa de variação da carga elétrica que atravessa uma seção de um condutor por unidade de tempo. Escrevemos
onde
é a carga que passou.
Unidade no Sistema Internacional:
Unidade no Sistema Internacional:
Passo 4
Leis de Kirchhoff
- Lei dos Nós (KCL – Kirchhoff’s Current Law): a soma algébrica das correntes entrando em um nó é zero, expressão da conservação de carga.
- Lei das Malhas (KVL – Kirchhoff’s Voltage Law): a soma algébrica das tensões ao longo de qualquer malha fechada é zero, expressão da conservação de energia.
Resposta
Definições e relações pedidas:
(a) Tensão elétrica:
,
no caso pontual .
Unidade: volt, .
no caso pontual
Unidade: volt,
(b) Corrente elétrica:
.
Unidade: ampère, .
Unidade: ampère,
(c) Leis de Kirchhoff:
KCL: em cada nó;
KVL: em cada malha.
KCL:
KVL: