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Análise de Circuitos Elétricos Material Teórico Responsável pelo Conteúdo: Prof. Esp. Alexandre Leite Nunes Revisão Textual: Prof. Me. Luciano Vieira Francisco Método de Análise de Circuitos por Thévenin • Teorema de Thévenin. • Analisar circuitos aplicando o teorema de Thévenin. OBJETIVO DE APRENDIZADO Método de Análise de Circuitos por Thévenin Orientações de estudo Para que o conteúdo desta Disciplina seja bem aproveitado e haja maior aplicabilidade na sua formação acadêmica e atuação profissional, siga algumas recomendações básicas: Assim: Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte da sua rotina. Por exemplo, você poderá determinar um dia e horário fixos como seu “momento do estudo”; Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar; lembre-se de que uma alimentação saudável pode proporcionar melhor aproveitamento do estudo; No material de cada Unidade, há leituras indicadas e, entre elas, artigos científicos, livros, vídeos e sites para aprofundar os conhecimentos adquiridos ao longo da Unidade. Além disso, você tam- bém encontrará sugestões de conteúdo extra no item Material Complementar, que ampliarão sua interpretação e auxiliarão no pleno entendimento dos temas abordados; Após o contato com o conteúdo proposto, participe dos debates mediados em fóruns de discus- são, pois irão auxiliar a verificar o quanto você absorveu de conhecimento, além de propiciar o contato com seus colegas e tutores, o que se apresenta como rico espaço de troca de ideias e de aprendizagem. Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte Mantenha o foco! Evite se distrair com as redes sociais. Mantenha o foco! Evite se distrair com as redes sociais. Determine um horário fixo para estudar. Aproveite as indicações de Material Complementar. Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar; lembre-se de que uma Não se esqueça de se alimentar e de se manter hidratado. Aproveite as Conserve seu material e local de estudos sempre organizados. Procure manter contato com seus colegas e tutores para trocar ideias! Isso amplia a aprendizagem. Seja original! Nunca plagie trabalhos. UNIDADE Método de Análise de Circuitos por Thévenin Teorema de Thévenin O teorema de Thévenin estabelece que qualquer circuito linear visto de um ponto pode ser representado por uma fonte de tensão – igual a tensão do ponto em circuito aberto – em série com uma resistência – igual a resistência do circuito vista desse ponto; chamamos tal configuração de equivalente de Thévenin em homenagem a Léon Charles Thévenin. Trata-se de configuração amplamente empregada para reduzir circuitos maio- res em um circuito equivalente com apenas dois elementos a partir de um determi- nado ponto, onde se deseja saber grandezas elétricas tais como tensão, corrente e/ou potência. Para conhecer o cientista Léon Charles Thévenin, acesse: https://goo.gl/KVpxGd. Ex pl or Importante! Qualquer rede linear com fonte de tensão e resistência pode ser transformada em uma resistência equivalente de Thévenin (Rth) em série com uma fonte de tensão equivalente de Thévenin (Vth), considerando-se dois pontos quaisquer. Em Síntese Circuito Básico R1 1K VCC R2 1K R3 1K Vth Rth A B Figura 1 – Circuito básico reduzido com Thévenin, a partir de R3 Fonte: Acervo do Conteudista 8 9 Os passos para determinar o circuito equivalente de Thévenin são os seguintes: 1º. Retira-se a carga do circuito, ou seja, o ramo considerado como carga, e identifi ca-se a sua polaridade; 2º. Calcula-se a tensão nos terminais que fi caram abertos – de onde foi reti- rada a carga – por meio de qualquer método já estudado; 3º. Retiram-se as fontes do circuito; fontes de tensão são substituídas por um curto e as de corrente por um circuito aberto; 4º. Calcula-se a resistência equivalente desse circuito nos terminais que fi ca- ram abertos; 5º. Monta-se o circuito equivalente de Thévenin. Para que seja possível visualizar esse processo, resolveremos um exemplo passo a passo. Assim, calcularemos o circuito da Figura 2 usando o teorema de Thévenin com o valor da tensão e corrente no resistor RL, este que tem valor de 10 R. R1 10R 10V VCC R2 20R RL R3 15R Figura 2 – Circuito, exemplo 1 Fonte: Acervo do Conteudista Seguindo os passos já mostrados, realize o que se pede a seguir: 1º. Retire a carga do circuito e identifi que a sua polaridade conforme a Figura 3: R1 10R 10V VCC R2 20R R3 15R Figura 3 – Circuito sem a carga Fonte: Acervo do Conteudista 9 UNIDADE Método de Análise de Circuitos por Thévenin 2º. Calcule a tensão nos terminais que ficaram abertos, de onde se re- tirou a carga. Vth é a tensão sobre o resistor de 20 Ω, pois no resistor de 15 Ω não circula corrente, de modo que utilizando a teoria do divisor de tensão, temos: Vth � � � 20 10 20 10 6 67x V, 3º. Retire as fontes do circuito enquanto as fontes de tensão são substituídas por um curto e as de corrente por um circuito aberto (Figura 4): R1 10R R2 20R R3 15R Rth Figura 4 – Circuito com fontes em curto Fonte: Acervo do Conteudista 4º. Calcula-se a resistência equivalente neste circuito nos terminais que ficaram abertos: Rth � � � � 20 20 10 20 15 21 67 x , � 5º. Monta-se o circuito equivalente de Thévenin (figuras 5 e 6): Vth 6,67V Rth 21,67V Figura 5 – Circuito equivalente de Thévenin Fonte: Acervo do Conteudista Vth 6,67V Rth 21,67V RL 20R Figura 6 – Circuito equivalente de Thévenin com carga Fonte: Acervo do Conteudista 10 11 6º. Substituindo o valor de RL no circuito equivalente de Thévenin, calcula- -se a corrente e tensão; tais valores são os mesmos ao circuito completo, visto se tratar de um circuito equivalente. Assim, para RL = 10 Ω temos: VRL � � � 10 10 21 67 6 67 2 1 , , ,x V IRL � � � � 6 67 10 21 67 0 211 211 , , , A mA Caso você queira simular a troca da carga para um valor diferente, con- seguirá fazê-lo sem necessitar calcular tudo novamente – vejamos como isto ocorre com um resistor de 50 Ω, ou seja, RL= 50 Ω: VRL � � � 50 50 21 67 6 67 4 7 , , ,x V IRL � � � � 6 67 50 21 67 0 093 93 , , , A mA Caso você queira simular o funcionamento desse circuito, poderá utilizar um aplicativo on-line gratuito denominado Tinkercad e disponível em: https://goo.gl/qHIOfm.Ex pl or Para lhe ajudar a resolver os próximos circuitos veremos uma forma resumida da resolução de Thévenin: 1º. Considerando que R3 é uma carga qualquer, elimina-se o mesmo do circuito, obtendo, assim, os pontos A e B; 2º. Coloca-se a fonte E em curto; 3º. Com a fonte em curto, calcula-se a resistência equivalente vista por meio dos pontos A e B: R2 R1 B A R3E Figura 7 – Circuito com a carga R3 separada do sistema Fonte: Acervo do Conteudista R2 R1 E Figura 8 – Circuito sem a carga Fonte: Acervo do Conteudista 11 UNIDADE Método de Análise de Circuitos por Thévenin R2 R1 E Curto circuito na fonte Figura 9 – Circuito com fonte em curto Fonte: Acervo do Conteudista Rth � � R X R R R 1 2 1 2 4º. Elimina-se o curto da fonte e se calcula a tensão entre os pontos A e B, onde se observa tratar-se de um divisor de tensão. R2 R1 E Figura 10 Fonte: Acervo do Conteudista Vth � � EXR R R 2 1 2 12 13 Material Complementar Indicações para saber mais sobre os assuntos abordados nesta Unidade: Livros Laboratório de eletricidade e eletrônica CAPUANO, F. G.; MARINO, M. A. M. Laboratório de eletricidade e eletrônica. 24. ed. São Paulo: Erica, 2007. Vídeos Circuitos CC A28 – Teorema de Thévenin https://youtu.be/25jX5c2OmGw Leitura O teorema de Thévenin https://goo.gl/vV3X5M Thévenin https://goo.gl/18dPVz Teoremas de Thévenin e de Norton https://goo.gl/U5xsoM 13 UNIDADE Método de Análise de Circuitos por Thévenin Referências ARRUDA, M. A. de T.; ANJOS, I. G. dos. Física na escola atual. São Paulo: Atual, 1993. BARTKOWIAK, R. Circuitos elétricos. Trad. Moema Sant’anna Belo. São Paulo: McGraw Hill, 1994. BONJORNO,R. F. S. A.; BONJORNO, J. R.; BONJORNO, V. Física 3. São Paulo: TTD, 1985. CALÇADA, C. S.; SAMPAIO, J. L. Física clássica. São Paulo: Atual, 1985. CAPUANO, F. G.; MARINO, M. A. M. Laboratório de eletricidade e eletrônica. 24. ed. São Paulo: Erica, 2007. DUARTE, M. de A. Eletrônica analógica básica. Rio de Janeiro: LTC, 2017. FRENZEL, L. E. Eletrônica moderna: fundamentos, dispositivos, circuitos e siste- mas. [S.l.: s.n., 2015]. 14