Teoria da Rede - Visão Geral
Network theoryé o estudo da resolução de problemas de circuitos elétricos ou redes elétricas. Neste capítulo introdutório, vamos primeiro discutir a terminologia básica de circuitos elétricos e os tipos de elementos de rede.
Terminologia Básica
Na Teoria da Rede, frequentemente encontramos os seguintes termos -
- Circuito elétrico
- Rede Elétrica
- Current
- Voltage
- Power
Portanto, é imperativo reunir algum conhecimento básico sobre esses termos antes de prosseguirmos. Vamos começar com o circuito elétrico.
Circuito elétrico
Um circuito elétrico contém um caminho fechado para fornecer um fluxo de elétrons de uma fonte de tensão ou fonte de corrente. Os elementos presentes em um circuito elétrico estarão emseries connection, parallel connection, ou em qualquer combinação de conexões em série e paralelas.
Rede Elétrica
Uma rede elétrica não precisa conter um caminho fechado para fornecer um fluxo de elétrons de uma fonte de tensão ou fonte de corrente. Portanto, podemos concluir que "todos os circuitos elétricos são redes elétricas", mas o inverso não precisa ser verdadeiro.
Atual
O atual "I"fluindo através de um condutor nada mais é do que a taxa de tempo do fluxo de carga. Matematicamente, pode ser escrito como
$$ I = \ frac {dQ} {dt} $$
Onde,
Q é a carga e sua unidade é Coloumb.
t é o tempo e sua unidade é a segunda.
Como analogia, a corrente elétrica pode ser considerada como o fluxo de água por um cano. A corrente é medida em termos deAmpere.
Em geral, Electron current flui do terminal negativo da fonte para o terminal positivo, enquanto, Conventional current flui do terminal positivo da fonte para o terminal negativo.
Electron current é obtido devido ao movimento dos elétrons livres, enquanto, Conventional currenté obtido devido ao movimento de cargas positivas livres. Ambos são chamados deelectric current.
Voltagem
A voltagem "V"nada mais é do que uma força eletromotriz que faz com que a carga (elétrons) flua. Matematicamente, pode ser escrito como
$$ V = \ frac {dW} {dQ} $$
Onde,
W é a energia potencial e sua unidade é Joule.
Q é a carga e sua unidade é Coloumb.
Como uma analogia, a tensão pode ser considerada como a pressão da água que faz com que ela flua através de um cano. É medido em termos deVolt.
Poder
O poder "P"nada mais é que a taxa de fluxo de energia elétrica no tempo. Matematicamente, pode ser escrito como
$$ P = \ frac {dW} {dt} $$
Onde,
W é a energia elétrica e é medida em termos de Joule.
t é o tempo e é medido em segundos.
Podemos reescrever a equação acima a
$$ P = \ frac {dW} {dt} = \ frac {dW} {dQ} \ times \ frac {dQ} {dt} = VI $$
Portanto, power nada mais é do que product de voltagem V e atual I. Sua unidade éWatt.
Tipos de elementos de rede
Podemos classificar os elementos da rede em vários tipos com base em alguns parâmetros. A seguir estão os tipos de elementos de rede -
Elementos ativos e passivos
Elementos lineares e elementos não lineares
Elementos Bilaterais e Elementos Unilaterais
Elementos ativos e passivos
Podemos classificar os elementos da rede em qualquer active ou passive com base na capacidade de fornecer energia.
Active Elementsfornecem energia para outros elementos, que estão presentes em um circuito elétrico. Às vezes, eles podem absorver o poder como elementos passivos. Isso significa que os elementos ativos têm a capacidade de fornecer e absorver energia.Examples: Fontes de tensão e fontes de corrente.
Passive Elementsnão pode fornecer potência (energia) para outros elementos, no entanto, eles podem absorver potência. Isso significa que esses elementos dissipam energia na forma de calor ou armazenam energia na forma de campo magnético ou elétrico.Examples: Resistores, indutores e capacitores.
Elementos Lineares e Elementos Não Lineares
Podemos classificar os elementos da rede como linear ou non-linear com base em sua característica de obedecer à propriedade de linearidade.
Linear Elements são os elementos que mostram uma relação linear entre tensão e corrente. Examples: Resistores, indutores e capacitores.
Non-Linear Elements são aqueles que não apresentam uma relação linear entre tensão e corrente. Examples: Fontes de tensão e fontes de corrente.
Elementos Bilaterais e Elementos Unilaterais
Os elementos da rede também podem ser classificados como bilateral ou unilateral com base na direção dos fluxos de corrente através dos elementos da rede.
Bilateral Elements são os elementos que permitem a corrente em ambas as direções e oferecem a mesma impedância em qualquer direção do fluxo da corrente. Examples: Resistores, indutores e capacitores.
O conceito de elementos bilaterais é ilustrado nas figuras a seguir.
Na figura acima, a corrente (I) está fluindo dos terminais A para B através de um elemento passivo com impedância de Z Ω. É a relação da tensão (V) nesse elemento entre os terminais A e B e a corrente (I).
Na figura acima, a corrente (I) está fluindo dos terminais B para A através de um elemento passivo com impedância de Z Ω. Isso significa que a corrente (–I) está fluindo dos terminais A para B. Neste caso também, obteremos o mesmo valor de impedância, uma vez que a corrente e a tensão têm sinais negativos em relação aos terminais A e B.
Unilateral Elementssão aqueles que permitem a corrente em apenas uma direção. Portanto, eles oferecem impedâncias diferentes em ambas as direções.