Fontes de tensão e de corrente ideais são fontes que fornecem os valores determinados de tensão ou de corrente independentemente da carga à qual forem ligadas. É possível construir sistemas retroalimentados que percebam mudanças na carga e modifiquem os parâmetros físicos da fonte de forma a manter sua saída constante, embora tais sistemas tenham uma limitação no que diz respeito à velocidade das mudanças às quais ele pode responder. Esse não é nosso assunto, entretanto. Vamos discutir sistemas simples nos quais os parâmetros físicos importantes das fontes são mantidos constantes, de forma que a saída dessas fontes em geral não é constante quando a carga externa muda.

Considere o circuito da atividade 1 composto pela bateria e o resistor. Nesse caso a tensão aplicada pela fonte U é igual à tensão sobre o resistor U_R e a corrente gerada I é a corrente que atravessa o resistor I_R. Ou seja, U/I = R. De que maneira U e I mudam quando a resistência R muda ? Antes de mais nada, observe que pelo menos uma das grandezas tem de mudar, se a resistência e portanto a razão entre elas mudar. Em geral, num caso real, ambas as grandezas mudam. Há dois casos ideais, extremos, nos quais apenas uma das grandezas muda, que muitas vezes podem representar bem uma fonte real. Esses casos são:

Fonte ideal de tensão:

U_R= U = constante

I_R= I = U/R

Fonte ideal de corrente:

I_R= I = constante

U_R= U = RI

Por exemplo, a bateria usada na atividade 1 dificilmente poderia ser considerada uma fonte ideal de tensão. Por outro lado, isso seria possível para uma bateria nova e sem uso, se estivesse conectada a um resistor de resistência alta. As fontes reais são classificadas como fontes de tensão ou fontes de corrente conforme se aproximem mais de um comportamento ou do outro.

A forma mais simples de descrever o comportamento de uma fonte de tensão real é representá-la por uma fonte de tensão ideal em série com uma resistência (Figura 1), o que permite caracterizá-la por apenas dois parâmetros: a força eletromotriz (FEM) e e a resistência interna r da fonte. A FEM é uma característica do processo interno da fonte que dirige as cargas elétricas contra a diferença de potencial e converte energia de uma forma em outra, e, no caso de uma bateria química, é uma constante característica da reação química envolvida. A resistência interna representa todos os processos dissipativos que ocorrem dentro da fonte e portanto não pode ser nula num sistema real.

Uma fonte de corrente ideal poderá ser representada, na forma mais simples possível, por uma fonte de corrente ideal em paralelo com uma resistência. Essa é a representação mais próxima da realidade física de uma fonte de energia elétrica como um gerador fotovoltaico. Entretanto, também podemos representar uma fonte de corrente real, como as que usaremos neste laboratório, pela combinação de uma fonte de tensão ideal e de uma resistência. Neste caso, a resistência é uma resistor externo, em geral de alta resistência. É assim que, nesta prática, construíremos uma fonte de corrente: tomaremos uma fonte de tensão real em série com um reostato de resistência elevada. A resistência interna da fonte de tensão será desprezível em relação à resistência do reostato, e poderemos considerá-la como uma fonte ideal. O que irá distinguir uma fonte de tensão de uma fonte de corrente nesse caso será, portanto, o valor da resistência associada à fonte de tensão ideal.

Tanto uma fonte de tensão como uma de corrente podem ser representadas pelo diagrama da Figura 1: uma fonte de tensão ideal (quer dizer, uma fonte cuja tensão fornecida não varia), que fornece a tensão , em série com uma resistência r. Entre os terminais da fonte se pode ligar um resistor de carga com resistência R fazendo com que flua uma corrente I no circuito.

Figura 1: Uma fonte real de tensão ou de corrente pode ser representada por uma fonte de tensão ideal que fornece a tensão e em série com uma resistência r. Ao se ligar os terminais da fonte através de um resistor de carga com resistência R flue uma corrente I no circuito.

A corrente I depende da resistência total do circuito, e é dada por

A tensão fornecida pela fonte U está aplicada sobre o resistor, e sendo assim está relacionada com a corrente I que o atravessa por U = RI. Daí,

Se o circuito estiver aberto (R = infinito) a corrente I é nula e a tensão entre os terminais da fonte é U = . Em condições de curto-circuito (R = 0) a diferença de potencial U é zero e a corrente de curto-circuito é
I = /r. Para uma resistência R finita haverá uma corrente não nula e com isso uma queda de potencial na resistência interna igual a rI.

Da maneira como está representado na Figura 1, o que distingue uma fonte de tensão de uma fonte de corrente é a magnitude da razão entre as resistências interna r e externa R. Essa propriedade também as distingue em relação ao uso que daremos a elas.

Niels F. Lima