Leis de Kirchhoff e conservação da energia e carga
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Predefinição:Lei das malhas de Kirchhoff
A lei das malhas de Kirchhoff esta baseada em duas leis de conservação: Estas leis de Kirchhoff são úteis para a resolução de problemas em circuitos elétricos, pois permite-nos formarmos diretamente a equação do circuito elétrico, ou se tivermos um malha com mais de um circuito, formarmos o sistema de equações que determina este circuito.
Um circuito corresponde a um caminho simples fechado, por onde circula a corrente; aos pontos onde há ligação entre dois ou mais circuitos, dá-se o nome de nó, e o conjunto inteiro recebe o nome de malha.Podemos ter uma malha simples, com apenas um circuito, ou uma malha composta, com mais de um circuito.
1º lei
A soma das quedas de tensão em um circuito é nula
Esta lei esta baseada na conservação da energia.
Para que uma corrente seja estabelecida por um fio é preciso que uma força seja aplicada sobre os elétrons, afim de deslocá-los ao longo deste fio. A força aplicada sobre cargas elétricas é a força elétrica, que é obtida pela aplicação de um campo elétrico no fio. Sabemos que ao aplicarmos uma força sobre um corpo, deslocando-o pelo espaço significa que estamos realizando trabalho sobre este corpo, assim, ao aplicarmos o campo elétrico no fio produzimos a aplicação de uma força que realizará trabalho sobre os elétrons; porém, também sabemos que o fio representa uma resistência que deve ser superada pelos elétrons no seu deslocamento, o que significa um custo energético. A resistência do fio implica em uma força aplicada em sentido contrário ao do deslocamento das cargas; ao trabalho realizado pelo campo elétrico, damos o nome de trabalho motor, ao trabalho realizado pela resistência, damos o nome de trabalho resistente, ao primeiro corresponde a uma "injeção de energia", ao segundo, corresponde a um consumo desta energia aplicada aos elétrons, implicando que ao fim do percurso, na outra extremidade do fio, os elétrons terão uma energia cinética menor que do que eles tinham quando do início do percurso; esta diferença de energia corresponde ao que é chamado de queda de tensão no fio. Até aqui consideramos o caso mais simples de circuito elétrico, aquele que corresponde apenas `a um fio com uma queda de tensão nas pontas, que é um fio ligado a uma bateria. Circuitos elétricos mais complexos são obtidos adicionando elementos a este circuito simples: capacitores, resistências, indutores, diodos, transistores ... O que é importante notar é que a tensão nas pontas do fio não pode ser nem maior nem menor do que a soma das tensões devido aos compoentes distribuidos ao longo do fio, mas exatamente igual, pois a variação de energia sofrida por uma carga ao se mover de uma ponta a outra do fio deve ser igual a resultante da energia adquirida ou perdida pela partícula em seu percurso, e isso, por uma questão de conservação de energia. Se agora, unirmos as pontas do fio, formaremos um circuito fechado, e por uma questão de continuidade, na região da junção entre as pontas não poderemos ter dois valores de tensão possíveis, mas apenas um; assim, a diferença entre as tensões nas pontas, agora ligadas, será nula, pois retornamos ao ponto de partida. A 1º lei de Kirchoff é uma lei de conservação da energia.
2º lei
A soma das correntes que entram em um nó é igual a somas das
corentes que saem deste nó
Esta lei esta baseada a conservação da carga.
Um nó é uma junção entre fios; para termos um nó é preciso que tenhamos ao menos dois circuitos ligados entre sí; uma corrente elétrica fluindo em direção ao nó irá se dividir, uma fração desta corrente irá seguir um caminho, enquanto a outra parte da corrente segue o outro caminho possível. Sabemos que corrente elétrica é definida como a quantidade de cargas elétricas que passam por um ponto no espaço num dado intervalo de tempo, e dado que consideramos uma corrente eletrônica como um fluxo incompressível, temos que num dado intervalo de tempo, a quantidade cargas elétricas que se dirigem ao nó deve ser igual a quantidade de cargas elétricas que deixam o nó pelos dois ou mais caminhos possíveis no mesmo intervalo de tempo; e isto significa respeitar a conservação da carga. A 2º lei de Kirchoff é uma lei de conservação da carga.
