Resistores em série e em paralelo
Fonte: Yong P. Chen, PhD, Departamento de Física & Astronomia, Faculdade de Ciências, Universidade purdue, West Lafayette, IN
Este experimento demonst…
1. Pratique na geração e medição da corrente, tensão e resistência
- Obtenha uma fonte de corrente, uma fonte de tensão e dois multimetros que possam medir tensão, corrente e resistência.
- Obtenha dois resistores de 100 Ω e dois resistores de 10 Ω.
- Obtenha uma prancha de pão, que é uma plataforma conveniente para conectar e organizar diferentes elementos de circuito. A tábua tem muitos grupos de pinos. Os pinos de cada grupo são conectados na parte de trás da placa, e os fios conectados ao mesmo grupo são curtos juntos. Um fio conectado ao mesmo grupo de pinos que um terminal de um elemento de circuito está conectado a esse terminal. Diferentes terminais de um elemento de circuito não destinados a serem curtos devem ser conectados a diferentes grupos de pinos. Na sequência, a ação de conectar dois terminais significa conectá-los ao mesmo grupo de pinos (nas figuras, nós distintivos rotulados como "a", "b" e "c" representam grupos de pinos distintos na prancha). Isso é feito desde que tais terminais sejam feitos de fios que podem ser convenientemente inseridos em um orifício de pino. Caso contrário, é possível usar cabos, tampões de banana e grampos para fazer conexões elétricas (por exemplo, de um terminal no instrumento a uma perna de pino exposta na prancha).
- Conecte o terminal de saída da fonte atual a um terminal do resistor de 100 Ω e, em seguida, conecte o outro terminal do resistor de volta ao outro terminal da fonte atual.
- Gerar corrente de 1 mA através do resistor.
- Selecione a medição de tensão ou o modo voltmeter do métrica e conecte os dois terminais do multidisciplinar aos dois terminais do resistor. Meça a queda de tensão cruze o resistor.
- Uma leitura positiva significa que o potencial no terminal positivo do multimetro é maior do que o do terminal negativo. Use a leitura de tensão para verificar a relação legal do Ohm(Figura 3).
- Em seguida, conecte um terminal de uma fonte de tensão a um terminal do resistor, e conecte o outro terminal do resistor de volta ao outro terminal da fonte de tensão. Produza uma tensão de 10 V através do resistor de 100 Ω.
- Use o multimetro na medição atual ou no modo amômetro e conecte as sondas em série com o resistor. Meça a corrente através do resistor.
- Uma leitura positiva significa que a corrente elétrica está fluindo do terminal positivo do multimetro para o terminal negativo. Então, verifique a lei de Ohm(Figura 4).
- Observe que o multimetro precisa estar em série com um resistor para medir sua corrente (ammeter), mas precisa estar em paralelo com um resistor para medir sua queda de tensão (voltmeter). Nestas medições, suponha que a resistência "interna" do amímetro é muito pequena, mas a do voltímetro é muito grande. Se isso não for rigorosamente verdade, então a corrente ou tensão medida pelo medidor seria diferente do valor antes da conexão do medidor.
- Por fim, meça diretamente a resistência usando o multimetro (Figura 5)selecionando o modo de medição de resistência. Conecte os dois terminais do medidor com os dois terminais do resistor e leia a resistência. Confirme se a resistência faz sentido com base nas medições anteriores de corrente e tensão.
Figura 3: Diagrama de circuito de fornecimento de uma corrente através do resistor R e tensão de medição.
Figura 4: Diagrama do circuito de fornecimento de uma tensão através do resistor R e corrente de medição.
Figura 5: Conexão de um nummímetro para medir a resistência de um resistor.
2. Resistores em Série
- Conecte dois resistores de 100 Ω em série (consulte a Figura 1). Na prancha, isso significa conectar as duas extremidades do primeiro resistor em dois grupos de pinos diferentes (não curto), dizer grupo a e b, e conectar as duas extremidades do segundo resistor em grupos de pinos b e c (c é mais um grupo de pinos não curto para a e b).
- Conecte uma corrente comum de 10 mA através de ambos os resistores usando uma fonte atual descrita na etapa 1.4.
- Usando um multimetro no modo voltmeter, meça a queda de tensão em cada resistor. Em seguida, confirme os valores de resistência de R1 e R2 usando a lei de Ohm.
- Agora use o voltímetro para medir a tensão V em toda a combinação da série (entre os pontos a e c na Figura 1), e obtenha a resistência total da série.
- Digite os valores de resistência medidos, conforme mostrado na Tabela 1.
- Desconecte as fontes de energia e os medidores e use uma fonte de tensão para fornecer um total de 10 V em ambos os resistores (entre os pontos a e c).
- Use um multimetro no modo amômetro para medir a corrente (I1) entrando na R1, e a corrente (I2) entrando em R2.
- Verifique se i1 é igual a I2 (ou aproximadamente igual; qualquer pequena diferença pode ser devido a configurações ligeiramente diferentes, incluindo resistências de fio que mudaram ligeiramente).
- Repita o procedimento na etapa 2.1 para dois resistores de 10 Ω em série e meça a resistência do fio usando o nummímetro.
- Repita o procedimento na etapa 2.1 para um resistor de 100 Ω em série com um resistor de 10 Ω e repita as medidas de resistência.
3. Resistores em Paralelo
- Conecte dois resistores de 100 Ω em paralelo (consulte a Figura 2). Na tábua de pão, conecte as duas extremidades de cada resistor em dois grupos de pinos, digamos a e b.
- Fonte de uma queda de tensão comum de V = 10 V usando uma fonte de tensão.
- Use um multimetro para medir a corrente I1 entrando em R1,confirmando assim que R1 = V/I1. Em seguida, meça I2 entrando R2,confirmando assim que R2 = V/I2.
- Agora coloque o medidor de amplificação na frente da combinação paralela (antes do ponto a na Figura 2), e obtenha a resistência total da série R = V/I.
- Repita o acima na etapa 3.1 para dois resistores de 10 Ω em paralelo, e novamente para um resistor de 100 Ω em paralelo com um resistor de 10 Ω.
4. LEDs em Série e Conexão Paralela
- Obtenha duas pequenas fontes de luz LED, que podem ser tratadas como dois resistores.
- Conecte a fonte 1 V a led de alimentação 1 (conexão semelhante à etapa 1.5) e observe seu brilho.
- Agora conecte os dois LEDs em paralelo entre a fonte 1 V (conexão semelhante à etapa 3.1) e observe seu brilho.
- Agora conecte os dois LEDs em série e entre a fonte 1 V (conexão semelhante à etapa 2.1.5), e observe seu brilho novamente.
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Circuitos simples, como elementos resistivos conectados em série ou paralelo, são componentes-chave de circuitos elétricos complexos.
A conexão de resistores em série resulta em uma divisão de tensão, enquanto compartilha a mesma corrente.
Por outro lado, quando os resistores são conectados em paralelo, isso resulta em uma divisão de corrente e a tensão entre os resistores é a mesma. Para entender o funcionamento de qualquer circuito elétrico, simples ou complexo, é utilizada a lei de Ohm.
Este vídeo abordará os fundamentos da conexão de componentes elétricos resistivos em série e paralelo e explicará os princípios de cálculo de tensão e corrente para esses circuitos com base na lei de Ohm.
De acordo com a Lei de Ohm, a corrente 'I' através de um resistor de resistência 'R', é diretamente proporcional à queda de tensão 'V' através do resistor ou a queda de tensão é o produto da resistência 'R' e da corrente 'I'.
Se dois resistores, R1 e R2, estiverem conectados em série, ou seja, um após o outro, a mesma corrente fluirá através de ambos os resistores.
Nesse caso, a queda total de tensão 'V' é igual à soma da queda de tensão em cada resistor. Ao aplicar a lei de Ohm para as tensões V1 e V2, e como as correntes são iguais, derivamos a queda total de tensão igual à soma das resistências R1 e R2 vezes a corrente 'I'.
Movendo I para o outro lado da equação dá V / I, que, de acordo com a lei de Ohm, é a resistência efetiva total do circuito 'R'. Assim, 'R' é simplesmente a soma das resistências individuais.
Esta regra é aplicável a qualquer número de resistores conectados em série.
Por outro lado, se os dois resistores estiverem conectados em paralelo, o que significa que ambos estão conectados entre dois terminais compartilhados, ambos os resistores compartilham a mesma queda de tensão.
No entanto, a corrente total 'I' é dividida entre os resistores e, portanto, é igual à soma das correntes individuais do circuito. Agora, se pegarmos essa equação atual, aplique? Lei de Ohm, cancele as tensões de ambos os lados, pois são iguais para resistores paralelos e reorganize a equação para a resistência efetiva 'R', observamos que R é igual ao 'produto sobre soma' das duas resistências individuais
}Vamos voltar à equação antes do rearranjo. O inverso da resistência é a condutância, 'G'. Portanto, para dois resistores paralelos, a condutância efetiva é igual à soma dos dois valores de condutância.
Esta regra também pode ser estendida a vários resistores conectados em paralelo.
O experimento a seguir demonstra o método passo a passo de conectar resistores em qualquer configuração e analisar os circuitos usando a Lei de Ohm.
Para começar, reúna os materiais e instrumentos necessários, ou seja, uma fonte de corrente, uma fonte de tensão, dois multímetros, dois resistores de 100 ohms, dois resistores de 10 ohms e uma placa de ensaio.
Usando a placa de ensaio, conecte uma extremidade de um resistor de 100 ohms ao terminal de saída da fonte de corrente. Em seguida, conecte a outra extremidade do resistor de 100 ohms ao terminal oposto da fonte.
Em seguida, gere uma corrente de 10 mili amperes através do resistor e coloque o multímetro no modo de medição de tensão. Agora conecte os dois terminais do multímetro aos dois terminais do resistor e meça a queda de tensão no resistor.
Uma leitura positiva significa que o potencial no terminal positivo do multímetro é maior do que no terminal negativo. Usando esta leitura de tensão, a lei de Ohm pode ser verificada.
Em seguida, aplique uma tensão de 1 volt no resistor de 100 ohms. Agora coloque o multímetro no modo de medição atual. Conecte os terminais do multímetro em série com o resistor e meça a corrente através dele.
Uma leitura de corrente positiva significa que a corrente está fluindo do terminal positivo para o terminal negativo do multímetro. Usando a corrente medida, a lei de Ohm pode ser verificada.
Em seguida, desconecte a fonte de tensão do resistor. Defina o multímetro para o modo de medição de resistência. Conecte os dois terminais do multímetro aos dois terminais do resistor e meça diretamente a resistência.
A resistência medida deve verificar novamente a lei de Ohm e as medições de corrente e tensão medidas anteriormente.
Primeiro, conecte dois resistores de 100 ohms em série na placa de ensaio. Em seguida, conecte-os à fonte de corrente conforme descrito na seção anterior e aplique uma corrente de 10 miliamperes em ambos os resistores.
Usando o multímetro no modo voltímetro, meça a queda de tensão em cada resistor e em toda a combinação em série.
Em seguida, aplique uma tensão de 10 volts em ambos os resistores. Em seguida, coloque o multímetro no modo amperímetro e meça a corrente através de cada resistor.
Conecte dois resistores de 100 ohms em paralelo. Em seguida, conecte-os a uma fonte de tensão conforme descrito anteriormente. Aplique uma tensão de 10 volts nos resistores.
Usando o multímetro no modo amperímetro, meça a corrente através de cada resistor e através de toda a combinação paralela de resistores.
O brilho das lâmpadas depende não apenas da tensão aplicada, mas também se elas estão conectadas em série e/ou com outros componentes
Obtenha dois diodos emissores de luz ou lâmpadas, cada um com resistência de poucos ohms, que podem ser usados no lugar dos resistores. Conecte uma lâmpada à fonte de tensão conforme descrito anteriormente. Aplique uma tensão de um volt na lâmpada e observe seu brilho.
Agora, desligue a fonte de tensão e conecte a segunda lâmpada em paralelo com a primeira. Aplique uma tensão de um volt na combinação paralela e observe o brilho de ambas as lâmpadas.
Por fim, desligue a fonte de tensão e reconecte as lâmpadas em série. Aplique uma tensão de um volt em toda a combinação em série e observe o brilho de ambas as lâmpadas.
Agora que revisamos os protocolos, vejamos os resultados da conexão de resistores em série e paralelo
Os resultados do experimento em série mostram que, de acordo com a lei de Ohm, a tensão em cada resistor é diretamente proporcional à respectiva resistência. Além disso, a tensão em ambos os resistores é a soma das tensões em cada resistor; enquanto a corrente que flui através de cada resistor e através da combinação é a mesma. Além disso, a resistência total do circuito é igual à soma das duas resistências individuais.
Isso prova as relações previstas de tensão, corrente e resistência para uma combinação em série.
Por outro lado, quando os resistores são conectados em paralelo, a corrente em cada resistor é inversamente proporcional à resistência, de acordo com a lei de Ohm. Além disso, a corrente total que flui através da combinação paralela é a soma das correntes individuais, mas a tensão em cada resistor e na combinação é a mesma.
Por fim, se convertermos os valores de resistência em valores de condutância, os resultados mostram que a condutância total do circuito é igual à soma dos dois valores de condutância individuais. Isso valida as relações teóricas de tensão, corrente e condutância para uma combinação paralela.
Quando as lâmpadas são conectadas em série ou paralelamente, diferentes níveis de brilho da lâmpada são observados. Quando as lâmpadas são conectadas em paralelo, ambas as lâmpadas têm brilho semelhante à única lâmpada conectada à mesma fonte de tensão.
Isso ocorre porque as lâmpadas são alimentadas por tensão, e as conectadas em paralelo têm a mesma tensão de 1 volt entre elas, como no caso de uma única lâmpada.
Por outro lado, as duas lâmpadas conectadas em série são mais fracas do que a lâmpada única. Isso ocorre porque as duas lâmpadas em série recebem apenas 0,5 V, pois a tensão é dividida entre elas.
As conexões de resistores em série e paralelos são comuns em aplicações de circuitos. Vejamos agora alguns exemplos em que eles são usados.
Uma aplicação comum de conexão em série é um circuito divisor de tensão que converte uma tensão maior em uma menor. A tensão de entrada é aplicada em dois resistores em série e a tensão de saída é obtida a partir da conexão entre eles. A divisão de tensão é o resultado da distribuição da tensão de entrada entre os resistores do circuito divisor.
A fiação comercial em nossas casas, escritórios, laboratórios e salas de aula é configurada para que vários aparelhos elétricos possam ser conectados e usados. Isso é possível porque qualquer instrumento elétrico, quando conectado à tomada de 110 volts na parede, é conectado em paralelo a todos os outros instrumentos que já estão em uso.
Assim, todos eles compartilham a tensão comum de 110 volts e, em condições normais de operação, são capazes de operar sem afetar outros instrumentos.
Você acabou de assistir à introdução da JoVE aos resistores em série e paralelos. Agora você deve entender como conectar fontes de corrente e tensão e medir vários parâmetros do circuito elétrico usando o multímetro. Além disso, agora você também deve saber como conectar resistências em série e paralelas e analisá-las usando a Lei de Ohm. Obrigado por assistir!
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Q1: What is Ohm's Law and how does it apply to resistor circuits?
Ohm's Law states that the voltage drop across a resistor is equal to the product of resistance and current: V = IR. This fundamental relationship allows you to calculate any one of these three variables if the other two are known. Ohm's Law is essential for analyzing both simple and complex electrical circuits, enabling you to predict how current and voltage behave in series and parallel resistor configurations.
Q2: How does current flow through resistors connected in series?
In a series circuit, the same current flows through all resistors because they are connected one after the other in a single path. The total voltage divides among the resistors proportionally to their individual resistances. The total effective resistance equals the sum of all individual resistances, so higher total resistance results in lower current flow through the entire circuit.
Q3: What happens to voltage and current when resistors are connected in parallel?
In a parallel circuit, all resistors share the same voltage across their terminals. However, the total current splits between the resistors, with each resistor carrying current inversely proportional to its resistance. The reciprocal of the total effective resistance equals the sum of the reciprocals of individual resistances, resulting in lower total resistance than any single resistor.
Q4: Why do lightbulbs have different brightness in series versus parallel configurations?
Lightbulb brightness depends on the voltage across each bulb. In parallel, each bulb receives the full applied voltage, so both shine as brightly as a single bulb at that voltage. In series, the voltage divides between bulbs, so each receives only half the voltage, resulting in dimmer light. This demonstrates how circuit configuration directly affects power distribution and device performance.
Q5: What is a voltage divider circuit and how does it work?
A voltage divider is a series circuit that converts a larger input voltage into a smaller output voltage. Two resistors are connected in series across the input voltage, and the output is taken from the connection point between them. The output voltage is proportional to the ratio of the second resistor to the total resistance, allowing precise voltage reduction for specific circuit applications.
Q6: How are parallel resistors used in household electrical wiring?
Household appliances are wired in parallel so each device receives the full 110-volt supply voltage independently. This parallel configuration allows multiple appliances to operate simultaneously without affecting each other's performance. Each appliance draws current according to its resistance, and the total household current is the sum of individual appliance currents, enabling safe and efficient power distribution.
Q7: How can you measure and verify circuit parameters using a multimeter?
A multimeter can measure voltage by connecting its terminals across a component, current by connecting in series with the circuit, and resistance by connecting across a disconnected component. By measuring these parameters and applying investigation ohm s law for ohmic and nonohmic conductors principles, you can verify theoretical predictions and validate circuit behavior experimentally.