O LED é um dispositivo eletrônico que conduz corrente elétrica em um único sentido, sendo caracterizado por uma tensão e uma corrente máxima de funcionamento, Imáx. Um LED acende apenas se a corrente que o percorre está no sentido permitido e se a diferença de potencial à qual está submetido é igual ou superior à sua tensão de funcionamento. A figura ilustra o símbolo do LED usado na representação de circuitos.
Um estudante de física analisa as propriedades do LED em um circuito simples de corrente contínua. Ele dispõe dos seguintes materiais: uma bateria ideal de 4,5 V; dois LEDs de tensão 3,0 V e Imáx = 1,0 mA cada; e dois resistores de 1,5 kΩ cada.
O circuito que o estudante pode montar, para que ambos os LEDs fiquem acesos e cada um seja percorrido por Imáx, é
Esta questão avalia o conceito de circuitos elétricos com componentes em série e em paralelo, aplicado a LEDs com tensão e corrente de funcionamento específicas.
Os dados do problema são: bateria de 4,5 V; dois LEDs de tensão de funcionamento 3,0 V e corrente máxima Imáx = 1,0 mA; dois resistores de 1,5 kΩ cada.
Para que cada LED acenda com exatamente Imáx = 1,0 mA, é preciso encontrar um circuito em que cada LED tenha 3,0 V sobre si e 1,0 mA o percorra. O circuito correto possui dois ramos em paralelo, cada ramo contendo um resistor (1,5 kΩ) em série com um LED, ligados corretamente à bateria de 4,5 V.
Em cada ramo, aplicando a Lei de Ohm:
V_{bateria} = V_R + V_{LED} \Rightarrow 4{,}5 = I \cdot 1500 + 3{,}0
1{,}5 = I \cdot 1500 \Rightarrow I = 1{,}0 \text{ mA} = I_{m\acute{a}x} \checkmark
Cada ramo é independente, então os dois LEDs operam simultaneamente com a corrente e tensão corretas.
Os demais circuitos falham porque: colocar os dois LEDs em série exigiria 3,0 + 3,0 = 6,0 V apenas para os LEDs, superando a tensão da bateria; colocar os dois LEDs em paralelo com um único resistor divide a corrente entre eles, resultando em apenas 0,5 mA por LED, abaixo de Imáx; e circuitos com LEDs em sentido contrário à corrente impede a condução em um deles.
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