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Aula 138 — Circuitos com Geradores e Receptores

50 min

Objetivo geral

Resolver circuitos simples de malha única contendo geradores e receptores, aplicando a equação geral do circuito e o balanço de potências.

Objetivos específicos

  • Montar a equação de um circuito simples com um gerador e um receptor em série (podendo incluir resistores adicionais).
  • Calcular a corrente do circuito a partir da equação geral: ε=ε'+(R+r+r')·i.
  • Calcular a DDP em cada elemento do circuito.
  • Fazer o balanço de potências (fornecida = dissipada + útil) num circuito simples.

Conhecimentos prévios

  • Equação do gerador, U=ε−r·i (Aula 135).
  • Equação do receptor, U=ε'+r'·i (Aula 137).

Recursos didáticos

  • Apresentação de slides — Possor_Aula138_Apresentacao.pptx.
  • Calculadora simples.
  • Quadro/lousa e material de escrita.

Desenvolvimento da aula

Acolhida e Sondagem de Conhecimentos Prévios

5 min · Ausubel — ativação de subsunçores

O professor pergunta: "num circuito com uma pilha (gerador) e um motor (receptor) ligados em série, como descobrir a corrente que vai circular, sem testar na prática?" Ouvir hipóteses.

Problematização Inicial

5 min · Bachelard — obstáculo epistemológico antecipado

Perguntar: a fem do gerador e a fcem do receptor entram com o mesmo sinal ou com sinais opostos na equação do circuito? Obstáculo a nomear (sem resolver ainda): somar a fem do gerador e a fcem do receptor diretamente, sem considerar que elas se opõem.

Desenvolvimento Conceitual

20 min · Exposição dialogada

Apresentação dos slides 2 a 9: num circuito de malha única com um gerador (ε, r), um receptor (ε', r') e possivelmente resistores adicionais R, a EQUAÇÃO GERAL DO CIRCUITO soma as fems e as quedas de tensão ao longo do percurso: ε=ε'+(R+r+r')·i, de onde se isola a corrente i=(ε−ε')/(R+r+r') — isso resolve o obstáculo do Momento 2: a fcem do receptor entra com sinal CONTRÁRIO ao da fem do gerador, pois ela se opõe ao impulso que movimenta a corrente. A partir da corrente, calcula-se a DDP em cada elemento aplicando as equações específicas (gerador: U=ε−r·i; receptor: U=ε'+r'·i; resistor: U=R·i). O BALANÇO DE POTÊNCIAS deve fechar: potência fornecida pelo gerador (ε·i) = potência dissipada em todas as resistências (r·i2+r'·i2+R·i2) + potência útil do receptor (ε'·i).

Resolução Guiada

10 min · Vygotsky — Zona de Desenvolvimento Proximal

Resolução guiada: resolver coletivamente um circuito com ε=20V, r=1Ω, ε'=8V, r'=1Ω e R=8Ω, todos em série (i=1,2A). Em duplas: calcular a DDP nos terminais do gerador e do receptor nesse mesmo circuito (18,8V e 9,2V).

Exercícios de Fixação

7 min · Prática independente

Aplicação individual (ou em duplas) da lista de exercícios de fixação (seção 8 deste plano) — construída sobre o mesmo circuito da resolução guiada.

Síntese e Fechamento

3 min · Consolidação (fechamento circular)

Retomar a pergunta do Momento 1: a corrente se calcula isolando i na equação geral do circuito, sempre com a fcem do receptor subtraindo a fem do gerador, pois ela se opõe ao movimento da carga.

Avaliação formativa

Ao longo da aula: perguntas rápidas de verificação (Momento 3) e observação direta durante a resolução guiada (Momento 4). Ao final: correção coletiva dos exercícios.

Lista de exercícios

1. Um circuito tem um gerador de ε=20V, r=1Ω, um receptor de ε'=8V, r'=1Ω, e um resistor R=8Ω, todos em série. Calcule a corrente do circuito.

Gabarito: i=(ε−ε')/(R+r+r')=(20−8)/(8+1+1)=12/10=1,2A.

2. No circuito do exercício anterior, qual a DDP nos terminais do gerador?

Gabarito: U=ε−r·i=20−1×1,2=18,8V.

3. Ainda no mesmo circuito, qual a DDP nos terminais do receptor?

Gabarito: U=ε'+r'·i=8+1×1,2=9,2V.

4. Calcule a potência total fornecida pelo gerador e confira que ela se reparte entre as potências dissipadas e a potência útil do receptor.

Gabarito: Potência fornecida: ε·i=20×1,2=24W. Dissipadas: r·i2=1×1,22=1,44W; R·i2=8×1,22=11,52W; r'·i2=1×1,22=1,44W (soma=14,4W). Útil do receptor: ε'·i=8×1,2=9,6W. Soma total: 14,4+9,6=24W — confere com a potência fornecida.

5. Por que a equação geral do circuito soma a fem do gerador e SUBTRAI a fcem do receptor?

Gabarito: Porque a fem do gerador impulsiona a corrente no sentido do circuito, enquanto a fcem do receptor se opõe a esse impulso (converte energia elétrica em outra forma, "consumindo" parte da força que movimenta a corrente) — por isso ela entra com sinal contrário na equação, reduzindo a corrente que efetivamente circula.

Observações e extensão

Próxima aula: 1ª Lei de Kirchhoff (Lei dos Nós). Nota para o professor: essa aula fecha o bloco de geradores/receptores (Aulas 135-138) e prepara para circuitos com múltiplas malhas, que exigem as Leis de Kirchhoff.