Exercícios sobre curto-circuito e instrumentos de medida em Física

Curto-Circuito

Quando você pensa em curto-circuito você já pensa no seu celular pegando fogo né? Calma, vamos entender o que, de fato, é um curto-circuito.

"Um curto-circuito ocorre quando a resistência elétrica em um circuito é muito pequena e a corrente elétrica que o atravessa atinge uma intensidade muito elevada"

Considere um fio com um resistor de resistência R percorrido por corrente i devida a Diferença de Potencial (d.d.p) entre A e B.

Um curto circuito ocorre quando dois pontos de diferentes potenciais elétricos são unidos por outro fio (de resistência desprezível). Assim os pontos assumem o mesmo potencial

A diferença de potencial agora é zero. Assim na fórmula:

No resistor a resistência R é diferente de zero (R ≠ 0), logo sua corrente é nula (i ≠ 0). No fio a resistência é nula (R = 0), logo a corrente é diferente de zero (i ≠ 0). A corrente vai pelo fio sem resistência. Esse aumento na corrente elétrica causa uma grande liberação de energia e, consequentemente, um superaquecimento dos condutores. Essa liberação de calor pode ser obtida matematicamente.

Primeiro utilizamos a Lei de Ohm para relacionar a corrente (i) com a tensão elétrica (U) e a resistência (R) de um circuito:

i = U/R

Em seguida, calculamos a potência dissipada no resistor, que representa a quantidade de energia que é transformada em calor por efeito Joule, com a expressão:

P = U.i

Substituindo i, temos:

P = U²/R

A partir da equação obtida, podemos concluir que a potência dissipada é inversamente proporcional ao valor da resistência. Assim, quanto menor a resistência, maior é a dissipação de energia elétrica no condutor. Note que, na equação acima, se R tende a zero (R→0), P tende ao infinito (P→∞).

A dissipação instantânea de energia que ocorre em um curto-circuito pode gerar faíscas e explosões, ocasionando vários danos nos circuitos elétricos, além de poder originar incêndios devastadores em residências e indústrias. Para evitar esse tipo de acidente, são utilizados os fusíveis e os disjuntores, que são dispositivos que detectam a alteração da corrente elétrica e interrompem sua passagem automaticamente.

Instrumentos de Medida

Amperímetros e voltímetros são aparelhos usados para medir, respectivamente, intensidade de corrente (i) elétrica e diferença de potencial (U) entre dois pontos. Esses aparelhos funcionam como se fossem resistências para o circuito e assim conseguem fazer as medidas.

Amperímetro

Para que um amperímetro consiga medir, corretamente, o valor da corrente elétrica que passar por um resistor, é preciso:

• Ser ligado em série no circuito.
• Em um amperímetro ideal sua resistência interna deve ser nula (tende a zero).

Voltímetro

Para que um amperímetro consiga medir, corretamente, o valor da corrente elétrica que passar por um resistor, é preciso:

• Deve ser ligado em paralelo.
• Em um voltímetro ideal sua resistência interna deve ser infinita (tende a infinito).
• O voltímetro deve ter seu polo positivo ligado ao maior potencial e o polo negativo no menor potencial. Caso contrário, a leitura do voltímetro será um valor negativo.