Física II - Simulador da Unidade 4: Corrente Elétrica e Circuitos DC

Bancada Virtual de Ensaio com Multímetro Digital Prática (4h)

Aprenda a utilizar corretamente o Multímetro: medição de Tensão (em paralelo), Corrente (em série) e Resistência em circuitos em série e paralelo.

CIRCUITO DC EM SÉRIE Modo: Voltímetro DC (Paralelo)

Selecione a função do multímetro e altere os parâmetros para ler os valores nos ramos A, B e C.

MULTÍMETRO DIGITAL DMM-800

12.00 V DC

Ajuste de Resistências e Fonte

Tensão da Fonte (E₀): 12.0 V

Resistência R₁: 100 Ω

Resistência R₂: 200 Ω

Lei de Ohm, Resistividade e Efeito Térmico Teórica (4h)

Estude a Segunda Lei de Ohm (R = ρ · L / A), o modelo microscópico de condução por velocidade de deriva (v_d = I / (n · e · A)) e a variação da resistência com a temperatura R(T) = R₀ · [1 + α · (T - T₀)].

MODELO MICROSCÓPICO DE DERIVA DE ELETRÕES (DRIFT) v_d = 0.23 mm/s

Material do Condutor:

Comprimento (L): 10.0 m

Secção Transversal (A): 1.5 mm²

📐 Equações de Condução & Temperatura

Temperatura do Condutor (T): 20 °C

Resistência Elétrica Resultante (R):

R = 0.112 Ω

Corrente para V = 12.0 V (I = V / R):

I = 107.1 A

Densidade de Corrente (J = I / A):

J = 71.4 A/mm²

Solucionador de Circuitos de Múltiplas Malhas (Leis de Kirchhoff) Teórico-Prática (4h)

Validação da Lei dos Nós (KCL: Σ I_entrada = Σ I_saída) e da Lei das Malhas (KVL: Σ V = 0) em sistemas com duas fontes E₁, E₂.

CIRCUITO DE 2 MALHAS & 3 RAMOS Nó A: I₁ + I₂ = I₃ (0.45A = 0.45A)

I₁ = 0.30 A I₂ = 0.15 A I₃ = 0.45 A

Parâmetros das Malhas

Fonte Esquerda (E₁): 12.0 V

Fonte Direita (E₂): 6.0 V

Resistência Ramo 1 (R₁): 20 Ω

Resistência Ramo 2 (R₂): 10 Ω

Resistência Central (R₃): 15 Ω

🧮 Sistema de Equações Resolvido

Malha 1: E₁ - I₁·R₁ - I₃·R₃ = 0

Malha 2: E₂ - I₂·R₂ - I₃·R₃ = 0

Física Aplicada: Efeito Joule, Perdas em Cabos & Divisores de Tensão Trabalho Autónomo (5h)

Estudo da dissipação térmica por efeito Joule P = I² · R, otimização do transporte de energia por linhas de alta tensão e funcionamento de divisores de tensão para amostragem em microcontroladores (V_out = V_in · R₂ / (R₁ + R₂)).

1. Transporte de Energia & Perdas por Efeito Joule (P = I² · R)

Tensão de Transporte (V_linha): 400 kV (Alta Tensão)

Potência Transmitida (P_útil): 100 MW

Corrente na Linha (I = P / V): 250 A

Potência Dissipada em Calor (P_perda = I² · R): 0.625 MW (0.63%)

2. Divisor de Tensão para Leitura de Sensores (V_out = V_in · R₂ / (R₁ + R₂))

Resistência do Sensor LDR / Termístor (R_sensor): 10.0 kΩ

Resistência Fixa de Pull-Down (R_fixo): 10.0 kΩ

Tensão de Saída para o ADC (V_out): 2.50 V (50.0% de 5V)

Valor Digital lido no ADC (10-bit / 0-1023): ADC = 511

💡 Aplicação em Engenharia:

Divisores de tensão são essenciais para converter variações de resistência física (luz, temperatura, deformação) em variações de tensão legíveis por microcontroladores.