Circuitos em série

Duas lâmpadas de 12 Ω em série em uma bateria de 6 V recebem 3 V e 0.25 A cada uma. Cada lâmpada dissipa um quarto da potência que teria sozinha.

Um único caminho para a corrente

Em um circuito em série, os componentes são ligados um após o outro, formando um único caminho fechado. Cada coulomb que sai da bateria precisa atravessar todos os componentes, em sequência. Daí vem a primeira regra dos circuitos em série: a corrente é a mesma em todos os pontos do circuito. Um amperímetro colocado antes da primeira lâmpada, entre as lâmpadas ou depois da última indica o mesmo valor. A carga não pode se acumular em nenhum ponto; assim, tudo o que entra em um componente precisa sair dele.

As resistências se somam

Cada componente fica com parte da tensão da bateria. Ao percorrer o circuito, as quedas de tensão nos componentes devem somar a tensão da bateria, pois cada coulomb entrega toda a energia que recebeu. Com a mesma corrente I em cada componente, as quedas são I R₁, I R₂ e assim por diante, cuja soma é I (R₁ + R₂ + ...). Portanto, o conjunto equivale a um único resistor de R = R₁ + R₂ + R₃ + ... . É por isso que acrescentar componentes em série sempre aumenta a resistência total e reduz a corrente.

Fazendo as contas

Considere o circuito inicial do laboratório: uma bateria de 6 V e duas lâmpadas de 12 Ω em série. A resistência total é 12 + 12 = 24 Ω, logo a corrente é 6 ÷ 24 = 0.25 A. Cada lâmpada recebe V = 0.25 × 12 = 3 V, e as duas quedas somam 6 V, como deveriam. Uma única lâmpada na mesma bateria conduziria 0.5 A e receberia os 6 V completos. A OpenStax apresenta um exemplo com resistores diferentes: 1.00 Ω, 6.00 Ω e 13.0 Ω em série a 12.0 V. O total é 20.0 Ω e a corrente, 0.600 A; as quedas são 0.600 V, 3.60 V e 7.80 V, somando 12.0 V. Observe que o maior resistor fica com a maior parcela da tensão.

Vantagens e limitações da ligação em série

Como há um único caminho, uma chave em qualquer ponto controla todo o circuito. É exatamente assim que funciona um interruptor de luz: ele fica em série com a lâmpada que controla. Fusíveis e disjuntores também são ligados em série, para que toda a corrente passe por eles. Essa mesma característica é a fraqueza da ligação em série. Se uma lâmpada queima, seu filamento se rompe, o circuito se abre e todas as outras lâmpadas da sequência também apagam. Experimente retirar uma lâmpada no laboratório.

Acrescentar lâmpadas em série também reduz seu brilho. Com três lâmpadas de 12 Ω a 6 V, o total é 36 Ω e a corrente é 6 ÷ 36 ≈ 0.167 A; cada lâmpada recebe apenas 2 V. A tensão da bateria se divide entre cada vez mais componentes, e cada um recebe uma parcela menor. As próprias pilhas podem ser ligadas em série para somar suas tensões: duas pilhas de 1.5 V em sequência fornecem 3 V, e quatro fornecem 6 V. Se uma for invertida, sua tensão será subtraída em vez de somada.