Introdução

Bem-vindo ao nosso estudo de teorias de circuitos elétricos. A teoria de circuitos é valiosa para alunos que estão se especializando em diversas áreas de engenharia e ciências físicas, pois os circuitos são um excelente modelo para o estudo de sistemas de energia e, também, por ter matemática aplicada, física e topologias envolvidas.

Muitas vezes, estamos interessados na comunicação ou na transmissão de energia de um ponto a outro, e para isso, é necessária uma interconexão de dispositivos elétricos. Essa interconexão é comumente denominada de circuito elétrico, sendo cada componente do circuito chamado de elemento.

Um circuito elétrico simples, mostrado na Figura 1, é formado por três elementos básicos: uma bateria, uma lâmpada e fios para a interconexão.

Figura 1. Circuito elétrico simples. Fonte: Alexander; Sadiku, 2013.

Portanto, um circuito elétrico é uma interconexão de elementos elétricos. O início do nosso curso será definindo alguns conceitos básicos importantes. Entre esses conceitos temos: sistemas de unidades, carga, corrente, tensão, potência, energia e os elementos de circuitos elétricos.

Sistemas de unidades

O Sistema Internacional de Unidades (SI), adotado pela Conferência Geral de Pesos e Medidas em 1960, é conhecido como uma linguagem de medição internacional. Nesse sistema, existem seis unidades principais a partir das quais todas as demais grandezas físicas podem ser derivadas. Portanto, em um sistema de unidades, temos as grandezas ditas fundamentais e as grandezas derivadas. A Tabela 1 apresenta as seis grandezas fundamentais do SI, com suas unidades básicas e seus símbolos.

Tabela 1. As sete unidades fundamentais do SI. Fonte: Alexander; Sadiku, 2013.

Um outro ponto importante dentro dos sistemas de unidades é o uso de prefixos baseados na potência de 10 para a obtenção de unidades maiores e menores em relação às unidades básicas. A Tabela 2 apresenta os prefixos e seus símbolos.

Tabela 2. Prefixos SI. Fonte: Alexander; Sadiku, 2013.

Carga e corrente

O conceito de carga elétrica é o princípio fundamental para explicar todos os fenômenos elétricos. Da mesma forma, a quantidade mais elementar em um circuito elétrico é a carga elétrica.

Também sabemos que a carga em um elétron é negativa e igual em magnitude a 1,602x10-19 C, enquanto um próton transporta uma carga positiva de mesma magnitude do elétron. A presença de números iguais de prótons e elétrons deixa um átomo com carga neutra.

Os seguintes pontos devem ser observados sobre a carga elétrica:

1. Em 1 C (Coulomb) de carga, existem 1/(1,602x10-19)=6,24x10-18 elétrons. Portanto, valores reais ou de laboratórios para cargas se encontram na casa dos pC, nC ou μC.

2. De acordo com observações experimentais, as únicas cargas que ocorrem na natureza são os múltiplos inteiros da carga eletrônica e = -1,602x10-19C.