Aula 138 — Circuitos com Geradores e Receptores
50 minObjetivo 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 subsunçoresO 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 antecipadoPerguntar: 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 dialogadaApresentação 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 ProximalResolução 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 independenteAplicação 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.