Leis de Kirchhoff

Guia de estudo · Revisado em 02/10/2026

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Num circuito com duas baterias e cinco resistores, o truque de somar série e juntar paralelo trava: nada está em série com nada, nenhum par está entre os mesmos dois pontos. Como descobrir a corrente em cada fio, e para que lado ela vai, quando o circuito não se reduz a um resistor só? Duas frases de conservação, uma sobre carga e outra sobre energia, viram um sistema de equações que resolve qualquer circuito, e foi exatamente isso que a prova de 2025 imprimiu, com matriz e tudo.

O que você vai aprender

  • Identificar nós, ramos e malhas num diagrama de circuito, reconhecer quando a redução por série e paralelo não se aplica (duas fontes, ponte desequilibrada) e decidir quando as leis de Kirchhoff são necessárias.
  • Enunciar a lei dos nós como conservação da carga em regime estacionário (a soma das correntes que chegam a um nó é igual à soma das que saem; nenhum componente acumula carga) e aplicá-la a nós com três ou mais ramos.
  • Enunciar a lei das malhas como consequência do potencial elétrico ter um único valor em cada ponto (a soma algébrica das tensões numa volta fechada é nula) e aplicá-la com a convenção de sinais: fonte atravessada do polo negativo para o positivo soma +ε, do positivo para o negativo soma −ε; resistor percorrido no sentido da corrente soma −Ri, contra a corrente soma +Ri.
  • Montar o sistema linear de um circuito: arbitrar correntes de ramo ou de malha, escrever n − 1 equações de nós independentes e completar com equações de malha, e reconhecer que uma equação obtida por combinação linear das outras não acrescenta informação nem altera a solução.
  • Resolver o sistema por substituição ou escalonamento, conferir a solução em todas as equações e ler a matriz de coeficientes: na diagonal, a soma das resistências de cada malha; fora dela, com sinal negativo, as resistências compartilhadas entre malhas.
  • Interpretar uma corrente negativa como corrente de módulo correto no sentido oposto ao arbitrado, e reconhecer, pelo sinal, se uma bateria está fornecendo energia ao circuito ou recebendo energia (sendo carregada).
  • Resolver malhas únicas com duas fontes em oposição ou em concordância (i = soma algébrica das fems dividida pela soma das resistências) e circuitos de duas e três malhas com duas fontes, incluindo o caso em que um ramo com fonte carrega corrente nula.
  • Calcular a diferença de potencial entre dois pontos de um circuito somando as subidas e descidas ao longo de qualquer caminho entre eles, verificar que o resultado não depende do caminho e desenhar o gráfico do potencial ao longo de uma malha (degraus para cima nas fontes, rampas para baixo nos resistores).
  • Reconhecer a ponte de Wheatstone, deduzir a condição de equilíbrio R₁R₄ = R₂R₃ pela igualdade dos potenciais dos pontos do meio e resolver a ponte desequilibrada pelos potenciais dos nós ou pelas malhas.
  • Fechar o balanço de potência de um circuito (a potência líquida fornecida pelas fontes, Σεi com o sinal de cada corrente, é igual à soma dos Ri² dissipados) e usá-lo como conferência de qualquer solução.
  • Delimitar a validade das duas leis: correntes estacionárias, elementos ideais, fios sem resistência e ausência de campos magnéticos variáveis; e resolver os itens reais do PAS/UnB (a malha única e o gráfico do potencial de 2014, o nó da urna de 2019, a resistência R e o esboço do potencial de 2020, o bloco do circuito de três malhas da UFPR de 2025) sem cair nos erros de sinal, de contagem de equações e de confundir sentido de percurso com sentido da corrente.

Pegue o circuito que a prova do PAS 3 de 2025 imprimiu: uma fonte de 7 V, outra de 6 V e cinco resistores (1 Ω, 2 Ω, 3 Ω, 2 Ω e 1 Ω) dispostos em três laços. Tente reduzi-lo com as ferramentas da página de associação de resistores. Os dois resistores do ramo da direita estão em série, tudo bem; mas e o resistor de 3 Ω do meio? Ele liga o ponto B ao ponto C, e nem B nem C são terminais de um par em paralelo, porque entre B e D há uma segunda fonte. O método de “somar série, juntar paralelo” trava na primeira tentativa, e nenhuma fórmula de equivalente diz quanta corrente sai de cada bateria, nem para que lado.

Esta página é sobre o que fazer quando a redução trava. A resposta tem duas frases, ambas de conservação. Num nó, tudo o que entra de carga por segundo sai no mesmo segundo, já que um circuito em regime estacionário não vai estocando carga em ponto nenhum. Numa malha, a soma das subidas e descidas de potencial é zero, porque cada ponto do circuito tem um único potencial, e quem dá a volta completa volta ao valor de onde partiu. Escritas com uma convenção de sinais fixa, as duas frases viram um sistema de equações lineares com uma incógnita por corrente desconhecida, e o sistema resolve qualquer circuito: com uma fonte ou com dez, com malhas que se desfazem em série e paralelo ou com malhas que não se desfazem. Corrente elétrica, lei de Ohm e associação de resistores são pré-requisitos com páginas próprias; a resistência interna de uma bateria real entra aqui só como mais um resistor na malha, e o gerador real em si tem a página de geradores e receptores.

Nó, ramo e malha: o vocabulário que o circuito impõe

Antes de qualquer equação, o circuito precisa ser lido. Três palavras organizam a leitura, e a contagem delas decide quantas equações serão necessárias.

Nó, ramo e malha

Nó é um ponto onde três ou mais condutores se encontram. Dois pontos ligados por um fio sem resistência têm o mesmo potencial e são, para todos os efeitos, o mesmo nó; uma esquina onde um fio só dobra não é nó.

Ramo é um caminho entre dois nós consecutivos, sem nó no meio. Tudo o que está num ramo (fonte, resistor, chave) é atravessado pela mesma corrente, e cada ramo tem uma corrente a descobrir.

Malha é um caminho fechado dentro do circuito. Um circuito com vários laços tem várias malhas, mas nem todas são independentes: as malhas independentes são as que não podem ser obtidas somando outras. Num diagrama plano, são as “janelas” do desenho, os laços que não contêm nenhum outro laço dentro.

Circuito de duas malhas com dois nós marcados em vermelho, N em cima e M embaixo, três ramos verticais (fonte de 10 V com resistor de 1 ohm à esquerda, resistor de 2 ohms no meio, fonte de 4 V com resistor de 2 ohms à direita) e as duas janelas do desenho identificadas como malha 1 e malha 2; legenda contando dois nós, três ramos, três correntes a descobrir e duas malhas independentes

Conte no circuito da prova de 2025: os pontos A, B, C e D são nós (em cada um chegam três fios); há seis ramos (de A a B pelo resistor de 1 Ω, de A a C pelo de 2 Ω, de B a C pelo de 3 Ω, de B a D pela fonte de 6 V com o resistor de 2 Ω, de C a D pelo de 1 Ω, e de D a A pela fonte de 7 V), portanto seis correntes de ramo a descobrir, e três janelas, portanto três malhas independentes. A contagem já diz o tamanho do problema antes de qualquer conta.

Dois componentes merecem definição explícita, porque os itens se decidem nela. A fonte ideal impõe uma tensão fixa ε\varepsilon (a força eletromotriz) entre seus terminais, seja qual for o resto do circuito ligado a ela; o polo positivo é o traço maior do símbolo, e o potencial do polo positivo está ε\varepsilon volts acima do negativo, sempre, com corrente passando em qualquer sentido ou sem corrente nenhuma. O resistor obedece à lei de Ohm, U=RiU = Ri, e a corrente convencional o atravessa do terminal de maior potencial para o de menor.

A lei dos nós é a conservação da carga

Pense numa junção de canos cheios de água: o que entra por segundo pelos canos de chegada sai, no mesmo segundo, pelos de saída, porque a junção não tem onde guardar água. Um nó de circuito está na mesma situação em relação à carga elétrica, e a razão é física, não uma convenção: em regime estacionário, as correntes são constantes no tempo, e isso só é possível se nenhum ponto do circuito estiver acumulando carga. Um nó que acumulasse carga positiva iria se carregando sem parar, criaria um campo elétrico crescente ao redor e mudaria as próprias correntes que chegam a ele; o circuito não estaria em regime estacionário.

Lei dos nós (primeira lei de Kirchhoff)

Tome um nó qualquer de um circuito em regime estacionário:

∑ichegam=∑isaem.\sum i_{\text{chegam}} = \sum i_{\text{saem}}.

Equivalente: tomando como positivas as correntes que chegam e negativas as que saem, a soma algébrica das correntes num nó é zero. A lei vale para cada nó, para cada componente (o que entra num resistor por um terminal sai pelo outro) e para qualquer superfície fechada que envolva um pedaço do circuito.

Num nó com três ramos, a lei diz que uma das correntes é a soma das outras duas, ou a diferença, conforme os sentidos. Na urna eletrônica da prova de 2019, uma fonte de 12 V alimentava três ramos em paralelo com chaves e resistores de 2 Ω, 4 Ω e 6 Ω; com as chaves do primeiro e do terceiro ramos fechadas, cada ramo fechado enxerga os 12 V, as correntes são 12/2=612/2 = 6 A e 12/6=212/6 = 2 A, e o nó que reúne os ramos recebe 6+2=86 + 2 = 8 A. É a lei dos nós em forma de conta.

"A corrente se consome nos resistores"

Uma versão do erro: “parte da corrente é gasta em cada resistor, e volta menos corrente para a fonte”. Não. O que o resistor consome é energia (o potencial cai RiRi ao atravessá-lo); a carga que entra por segundo é exatamente a que sai. Num ramo, a corrente é a mesma antes e depois de cada componente. A banca já cobrou isso pelos dois lados: “não há acúmulo de carga elétrica em um nó” (2014, certo) e “haverá um acúmulo de carga nessas resistências” (2025, errado).

A lei das malhas é o potencial com um único valor em cada ponto

O potencial elétrico é uma função do ponto: cada ponto do circuito tem um valor de VV, e só um. É isso que torna o campo elétrico conservativo e o trabalho da força elétrica independente do caminho, como a página de potencial elétrico mostra. A consequência para o circuito é imediata. Se você sair de um ponto, percorrer uma malha inteira e voltar ao mesmo ponto, a soma de todas as variações de potencial ao longo do caminho tem de ser zero, porque o potencial final é o inicial. Quem faz uma trilha circular na serra, subindo 300 m por uma encosta, descendo 100 m até um riacho e mais 200 m de volta ao estacionamento, está na altitude de onde saiu: +300−100−200=0+300 - 100 - 200 = 0.

Lei das malhas (segunda lei de Kirchhoff)

Ao longo de qualquer caminho fechado de um circuito,

∑ΔV=0:\sum \Delta V = 0:

a soma algébrica das tensões (subidas e descidas de potencial) numa volta completa é nula. Em termos de energia: o que as fontes fornecem a cada unidade de carga numa volta, os resistores dissipam.

Fisicamente, a lei das malhas é a conservação da energia por unidade de carga. A fonte eleva o potencial da carga que a atravessa (é a energia química, ou mecânica, virando energia elétrica); cada resistor abaixa o potencial de RiRi (energia elétrica virando calor). Na volta completa o saldo é zero. Por isso a lei vale para qualquer laço fechado, independente ou não, e por isso ela já está embutida nas fórmulas de série e paralelo: quando se escreve U=R1i+R2iU = R_1 i + R_2 i para dois resistores em série, está-se dizendo que a fonte sobe UU e os dois resistores descem o total; quando se diz que dois resistores em paralelo têm a mesma tensão, está-se dizendo que os dois ligam os mesmos dois nós, e dois pontos têm uma única diferença de potencial.

A convenção de sinais: a fonte olha para o percurso, o resistor olha para a corrente

Para somar subidas e descidas é preciso saber, componente a componente, o que é subida e o que é descida. Escolha um sentido de percurso para a malha (horário, por exemplo) e caminhe por ela. Só há quatro situações.

Os quatro casos

Fonte, do polo −- para o ++: o potencial sobe ε\varepsilon. Some +ε+\varepsilon.

Fonte, do polo ++ para o −-: o potencial desce ε\varepsilon. Some −ε-\varepsilon.

Resistor percorrido no sentido da corrente ii: o potencial desce RiRi (a corrente vai do potencial maior para o menor). Some −Ri-Ri.

Resistor percorrido contra a corrente: o potencial sobe RiRi. Some +Ri+Ri.

A fonte decide o sinal pelo sentido do percurso em relação aos polos; o resistor decide pelo sentido da corrente em relação ao percurso. A corrente de um ramo, quando desconhecida, recebe um sentido arbitrado; o sinal da solução dirá se o palpite estava certo.

Quatro quadros, cada um com um trecho de fio e a seta do percurso: fonte atravessada do polo negativo para o positivo com o potencial subindo epsilon; fonte atravessada do positivo para o negativo com o potencial descendo epsilon; resistor percorrido a favor da corrente com o potencial descendo R vezes i; resistor percorrido contra a corrente com o potencial subindo R vezes i; sob cada quadro, o termo a somar na equação da malha

A ordem dos dois critérios não é detalhe: é o erro mais plantado pela banca neste assunto. No circuito de 2025, o item perguntava se a diferença de potencial entre os pontos B e D, pelo ramo central, era VB−VD=−6−2(i1−i3)V_B - V_D = -6 - 2(i_1 - i_3). O ramo tem a fonte de 6 V com o polo positivo voltado para B e, abaixo dela, o resistor de 2 Ω, percorrido pela corrente i1−i3i_1 - i_3 de B para D. Siga o ramo de B até D: a fonte é atravessada do polo ++ para o −- (o potencial cai 6 V) e o resistor, no sentido da corrente (cai mais 2(i1−i3)2(i_1 - i_3)). Então VD=VB−6−2(i1−i3)V_D = V_B - 6 - 2(i_1 - i_3), ou seja, VB−VD=+6+2(i1−i3)V_B - V_D = +6 + 2(i_1 - i_3). A expressão do item tem os dois sinais trocados; ela seria a variação de potencial vista por quem caminha de B para D, e não a diferença VB−VDV_B - V_D. Item errado; e repare que a convenção de sinais basta para julgá-lo, sem que nenhuma corrente precise ser calculada.

A fonte não olha para a corrente

“A corrente entra na fonte de 6 V pelo polo positivo, então ela conta negativo.” Não é assim que se decide. A fonte ideal mantém o polo positivo ε\varepsilon volts acima do negativo em qualquer circunstância; o que muda com a corrente é se a fonte está fornecendo ou recebendo energia, nunca o sinal do seu degrau de potencial. Só o resistor olha para a corrente. Diante de uma expressão para VX−VYV_X - V_Y, trace primeiro a seta de XX até YY e classifique cada componente atravessado como degrau para cima ou degrau para baixo; a expressão sai sozinha.

Exemplo 1: as duas leis num circuito que a associação já resolvia

Comece por um circuito que a associação resolve sozinha, só para ver as duas leis confirmarem o que a redução já disse. Uma bateria ideal de 18 V alimenta um resistor de 2 Ω, seguido de um par em paralelo formado por 12 Ω e 6 Ω. O par equivale a 12×6/(12+6)=412 \times 6/(12 + 6) = 4 Ω; com o resistor de 2 Ω, o circuito inteiro vale 6 Ω e a bateria entrega 18/6=318/6 = 3 A.

O nó onde o paralelo começa. Entram 3 A. Como o resistor de 2 Ω já derrubou 2×3=62 \times 3 = 6 V, sobram 18−6=1218 - 6 = 12 V sobre o par: pelo resistor de 12 Ω passam 12/12=112/12 = 1 A e pelo de 6 Ω, 12/6=212/6 = 2 A. A soma do que sai, 1+21 + 2, reproduz os 3 A que entraram.

Volta que passa pela bateria, pelo resistor de 2 Ω e, em seguida, pelo de 12 Ω, acompanhando a corrente: +18−2×3−12×1=0+18 - 2 \times 3 - 12 \times 1 = 0. Volta que passa pela bateria, pelo de 2 Ω e pelo de 6 Ω: +18−2×3−6×2=0+18 - 2 \times 3 - 6 \times 2 = 0. Volta interna, só pelos dois resistores do paralelo (descendo pelo de 12 Ω com a corrente, subindo pelo de 6 Ω contra a corrente dele): −12×1+6×2=0-12 \times 1 + 6 \times 2 = 0. As três voltas fecham em zero, e a terceira é a soma das outras duas com sinal trocado: ela não acrescenta informação, o que já antecipa a seção sobre a contagem de equações.

Aqui as leis só confirmam. Elas se tornam o método quando a associação não existe.

Quando a redução trava: duas fontes e um nó com três ramos

Dois nós, N em cima e M embaixo, e três ramos verticais entre eles: à esquerda, uma fonte de 10 V (polo positivo para cima) em série com um resistor de 1 Ω; no meio, um resistor de 2 Ω; à direita, uma fonte de 4 V (polo positivo para cima) em série com um resistor de 2 Ω. Nada está em série com nada fora do próprio ramo, e os três ramos ligam os mesmos dois nós, mas dois deles têm fontes: não há “paralelo de resistores” a reduzir. É o caso típico de Kirchhoff.

Circuito de duas malhas com os nós N e M, o ramo da esquerda com fonte de 10 V e resistor de 1 ohm e corrente I1 de 4 ampères para cima, o ramo do meio com resistor de 2 ohms e corrente I3 de 3 ampères para baixo, o ramo da direita com fonte de 4 V e resistor de 2 ohms e a corrente I2 arbitrada para cima mas calculada como menos 1 ampère, com uma seta vermelha indicando o sentido real para baixo; caixa com as três equações e o balanço de potência 40 menos 4 igual a 36 watts

Passo 1, arbitrar as correntes. Três ramos, três correntes: I1I_1 no ramo da esquerda, I2I_2 no da direita, as duas arbitradas para cima (de M para N, saindo pelo polo positivo de cada fonte, o palpite natural); I3I_3 no ramo do meio, arbitrada para baixo.

Passo 2, a lei dos nós. No nó N chegam I1I_1 e I2I_2 e sai I3I_3:

I1+I2=I3.I_1 + I_2 = I_3.

O nó M daria a mesma equação com os papéis trocados; com dois nós, só uma equação de nó é independente.

Passo 3, a lei das malhas, uma para cada janela, percorridas no sentido horário. Malha da esquerda (fonte de 10 V, resistor de 1 Ω, nó N, resistor de 2 Ω para baixo, nó M): subindo pela fonte do −- para o ++, +10+10; subindo pelo resistor de 1 Ω a favor de I1I_1, −1⋅I1-1 \cdot I_1; descendo pelo resistor de 2 Ω a favor de I3I_3, −2I3-2 I_3:

10−I1−2I3=0.10 - I_1 - 2I_3 = 0.

Malha da direita, horária (nó N, desce pelo ramo da direita, nó M, sobe pelo resistor de 2 Ω do meio): descendo pelo resistor de 2 Ω da direita contra I2I_2, +2I2+2 I_2; descendo pela fonte de 4 V do ++ para o −-, −4-4; subindo pelo resistor do meio contra I3I_3, +2I3+2 I_3:

2I2−4+2I3=0⇒4−2I2−2I3=0.2I_2 - 4 + 2I_3 = 0 \quad\Rightarrow\quad 4 - 2I_2 - 2I_3 = 0.

Passo 4, resolver. Das equações de malha, I1=10−2I3I_1 = 10 - 2I_3 e I2=2−I3I_2 = 2 - I_3. Na equação do nó: 10−2I3+2−I3=I310 - 2I_3 + 2 - I_3 = I_3, logo 12=4I312 = 4I_3 e

I3=3 A,I1=4 A,I2=−1 A.I_3 = 3\ \text{A}, \qquad I_1 = 4\ \text{A}, \qquad I_2 = -1\ \text{A}.

Passo 5, conferir. Nó: 4+(−1)=34 + (-1) = 3. Malha da esquerda: 10−4−6=010 - 4 - 6 = 0. Malha da direita: 4−2(−1)−2(3)=4+2−6=04 - 2(-1) - 2(3) = 4 + 2 - 6 = 0. Fecha.

Corrente negativa: o módulo está certo, o sentido é o contrário

I2=−1I_2 = -1 A não é erro. Significa que a corrente no ramo da direita vale 1 A e corre no sentido oposto ao arbitrado: de N para M, ou seja, entrando na fonte de 4 V pelo polo positivo. A fonte de 10 V é forte o bastante para empurrar corrente contra a fonte de 4 V, que passa a receber energia em vez de fornecer: está sendo carregada. Nunca refaça as contas por causa de um sinal negativo; leia-o.

O balanço de energia confirma a leitura. A fonte de 10 V fornece εI=10×4=40\varepsilon I = 10 \times 4 = 40 W. A fonte de 4 V, atravessada por 1 A no sentido contrário, recebe 4×1=44 \times 1 = 4 W. Os resistores dissipam 1×42+2×32+2×12=16+18+2=361 \times 4^2 + 2 \times 3^2 + 2 \times 1^2 = 16 + 18 + 2 = 36 W. E 40−4=3640 - 4 = 36: tudo o que a fonte forte fornece vai para os resistores e para carregar a fonte fraca.

A bateria que recebe corrente

É o que acontece no carro em movimento: o alternador (fonte mais forte, cerca de 14 V) empurra corrente para dentro da bateria de 12 V, que se carrega enquanto o motor roda. E é o que acontece quando um carro “dá chupeta” no outro: duas baterias de mesmo valor nominal, mas a descarregada está com tensão menor, e a corrente entra nela pelo polo positivo. Nos dois casos a fonte fraca aparece, nas equações, com corrente negativa em relação ao palpite “sai pelo positivo”.

Malha única com duas fontes: oposição e concordância

O caso mais simples com duas fontes é o de uma malha só, e ele cabe numa fórmula. Com uma única corrente ii percorrendo todos os componentes, a lei das malhas dá

∑ε=(∑R)i⇒i=∑ε∑R,\sum \varepsilon = \left(\sum R\right) i \qquad\Rightarrow\qquad i = \frac{\sum \varepsilon}{\sum R},

em que ∑ε\sum \varepsilon é a soma algébrica das fems (positivas as que empurram a corrente no sentido escolhido, negativas as que se opõem) e ∑R\sum R inclui todas as resistências da malha, as internas das baterias reais também.

Exemplo 2. Uma malha tem uma fonte de 9 V, uma de 3 V e dois resistores, de 1 Ω e 2 Ω. Se as fontes estão em oposição (os polos positivos “olhando” um para o outro ao longo da malha, cada fonte tentando empurrar a corrente para um lado), a fem líquida é 9−3=69 - 3 = 6 V e i=6/3=2i = 6/3 = 2 A, no sentido ditado pela fonte de 9 V; a fonte de 3 V recebe 3×2=63 \times 2 = 6 W, e as resistências dissipam 1×4+2×4=121 \times 4 + 2 \times 4 = 12 W, que somados aos 6 W dão os 9×2=189 \times 2 = 18 W fornecidos. Se as fontes estão em concordância (uma empurra a corrente no sentido da outra), a fem líquida é 9+3=129 + 3 = 12 V, i=12/3=4i = 12/3 = 4 A e as duas fontes fornecem: 36+12=4836 + 12 = 48 W, que é 3×163 \times 16 W dissipados. Conferência pela volta completa, no caso da oposição, partindo logo depois da fonte de 9 V: +9−1×2−3−2×2=0+9 - 1 \times 2 - 3 - 2 \times 2 = 0.

Dois detalhes práticos. Primeiro, “oposição” e “concordância” dizem respeito à posição dos polos ao longo da malha, não ao desenho: duas fontes desenhadas uma ao lado da outra podem estar em qualquer dos dois casos, e só a polaridade decide. Segundo, se a corrente calculada sair negativa, a fonte que você supôs dominante não domina; o módulo continua certo.

Quantas equações? A contagem que evita equação repetida e equação faltando

Um circuito com nn nós e rr ramos tem rr correntes desconhecidas. A lei dos nós fornece n−1n - 1 equações independentes: a do último nó é sempre consequência das outras (toda corrente que sai de um nó chega a outro, e a soma de todas as equações de nós dá 0=00 = 0). Faltam r−(n−1)r - (n - 1) equações, que vêm da lei das malhas, uma para cada malha independente; num diagrama plano, uma para cada janela. É exatamente a conta das janelas: o circuito de 2025 tem r=6r = 6 ramos e n=4n = 4 nós, portanto 6−3=36 - 3 = 3 malhas, as três que a figura mostra.

Equações independentes e combinações lineares

Uma equação obtida somando (ou combinando linearmente) equações já escritas não traz informação nova: todo conjunto de correntes que satisfaz as originais satisfaz a soma, e vice-versa. Acrescentá-la ao sistema não altera a solução; usá-la no lugar de uma equação independente deixa o sistema sem solução única. Foi o item 84 de 2025: a banca somou as linhas (1) e (2) do sistema, obteve 2i1+5i2−5i3=12i_1 + 5i_2 - 5i_3 = 1 como quarta equação e perguntou se os dois sistemas tinham a mesma solução. Têm, certo.

Há um jeito de escrever menos equações: as correntes de malha. Em vez de uma corrente por ramo, atribui-se uma corrente a cada janela, circulando por ela inteira (todas horárias, por exemplo). A lei dos nós fica satisfeita automaticamente, porque cada corrente de malha entra e sai de cada nó que atravessa; sobram só as equações de malha, uma por janela. O preço é que, quando um resistor pertence a duas janelas ao mesmo tempo (resistor compartilhado), a corrente que de fato o atravessa é a subtração de uma corrente de malha pela outra, pois, com todas horárias, as duas o percorrem em sentidos opostos. No circuito de 2025, i1i_1, i2i_2 e i3i_3 são correntes de malha, e as correntes de ramo listadas pelo texto da prova saem por diferenças: a corrente no resistor de 1 Ω da esquerda, compartilhado pelas malhas 1 e 2, é ib=i1−i2i_b = i_1 - i_2; a do resistor de 3 Ω, entre as malhas 2 e 3, é id=i3−i2i_d = i_3 - i_2; a do ramo central, entre as malhas 1 e 3, é ie=i1−i3i_e = i_1 - i_3.

O circuito de três malhas da prova de 2025, equação por equação

Vale resolver o circuito inteiro uma vez, porque o bloco de 2025 tirou dele seis itens de Física e três de Matemática, e porque o mesmo circuito ensina todo o método.

Circuito 1 da prova de 2025: fonte de 7 V à esquerda com o polo positivo em cima, nó A no fio de cima, resistor de 1 ohm de A a B com 1 ampère, resistor de 2 ohms de A a C com 2 ampères, resistor de 3 ohms de B a C com 1 ampère, fonte de 6 V com o polo positivo voltado para B e resistor de 2 ohms de B a D com corrente zero, resistor de 1 ohm de C a D com 3 ampères, nó D no fio de baixo, correntes de malha horárias i1 igual a 3, i2 igual a 2 e i3 igual a 3 ampères, e a caixa com as três equações

A figura da prova: fonte de 7 V no lado esquerdo, polo positivo em cima; o fio de cima leva ao nó A, de onde descem um resistor de 1 Ω até B e, pela direita, um resistor de 2 Ω até C; entre B e C, o resistor de 3 Ω; de B para baixo, a fonte de 6 V (polo positivo voltado para B) e o resistor de 2 Ω, até o nó D no fio de baixo; de C para baixo, o resistor de 1 Ω até D. Correntes de malha i1i_1 (malha da esquerda), i2i_2 (superior direita) e i3i_3 (inferior direita), todas horárias.

Malha 1, horária, partindo de D: sobe pela fonte de 7 V do −- para o ++, +7+7; de A desce pelo resistor de 1 Ω, percorrido por i1i_1 a favor e por i2i_2 contra, −1(i1−i2)-1(i_1 - i_2); de B desce pela fonte de 6 V do ++ para o −-, −6-6; desce pelo resistor de 2 Ω central, percorrido por i1i_1 a favor e i3i_3 contra, −2(i1−i3)-2(i_1 - i_3):

7−(i1−i2)−6−2(i1−i3)=0⇒3i1−i2−2i3=1.(1)7 - (i_1 - i_2) - 6 - 2(i_1 - i_3) = 0 \quad\Rightarrow\quad 3i_1 - i_2 - 2i_3 = 1. \qquad (1)

Malha 2, horária, partindo de A: desce pelo resistor de 2 Ω da direita a favor de i2i_2, −2i2-2i_2; de C vai a B pelo de 3 Ω, a favor de i2i_2 e contra i3i_3, −3(i2−i3)-3(i_2 - i_3); de B sobe a A pelo de 1 Ω, a favor de i2i_2 e contra i1i_1, −1(i2−i1)-1(i_2 - i_1):

−2i2−3(i2−i3)−(i2−i1)=0⇒−i1+6i2−3i3=0.(2)-2i_2 - 3(i_2 - i_3) - (i_2 - i_1) = 0 \quad\Rightarrow\quad -i_1 + 6i_2 - 3i_3 = 0. \qquad (2)

Malha 3, horária, partindo de B: vai a C pelo de 3 Ω, a favor de i3i_3 e contra i2i_2, −3(i3−i2)-3(i_3 - i_2); desce pelo de 1 Ω da direita, −i3-i_3; de D sobe pelo de 2 Ω central, a favor de i3i_3 e contra i1i_1, −2(i3−i1)-2(i_3 - i_1); sobe pela fonte de 6 V do −- para o ++, +6+6:

−3(i3−i2)−i3−2(i3−i1)+6=0,-3(i_3 - i_2) - i_3 - 2(i_3 - i_1) + 6 = 0,

que, com os termos agrupados por corrente, fica

−2i1−3i2+6i3=6.(3)-2i_1 - 3i_2 + 6i_3 = 6. \qquad (3)

São as três equações impressas no caderno, termo a termo. Repare no padrão: em cada equação, o coeficiente da própria corrente é a soma das resistências da malha (1+2=31 + 2 = 3; 2+3+1=62 + 3 + 1 = 6; 3+1+2=63 + 1 + 2 = 6), os outros coeficientes são as resistências compartilhadas com as malhas vizinhas, com sinal negativo, e o lado direito é a soma algébrica das fems da malha (7−6=17 - 6 = 1; 00; +6+6).

Resolver por substituição (escalonamento). De (2), i1=6i2−3i3i_1 = 6i_2 - 3i_3. Em (1): 18i2−9i3−i2−2i3=118i_2 - 9i_3 - i_2 - 2i_3 = 1, ou 17i2−11i3=117i_2 - 11i_3 = 1. Em (3): −12i2+6i3−3i2+6i3=6-12i_2 + 6i_3 - 3i_2 + 6i_3 = 6, ou −15i2+12i3=6-15i_2 + 12i_3 = 6, que simplifica para −5i2+4i3=2-5i_2 + 4i_3 = 2, isto é, i3=(2+5i2)/4i_3 = (2 + 5i_2)/4. Na equação anterior: 68i2−22−55i2=468i_2 - 22 - 55i_2 = 4, logo 13i2=2613i_2 = 26 e

i2=2 A,i3=2+104=3 A,i1=12−9=3 A.i_2 = 2\ \text{A}, \qquad i_3 = \frac{2 + 10}{4} = 3\ \text{A}, \qquad i_1 = 12 - 9 = 3\ \text{A}.

Conferência nas três equações: 9−2−6=19 - 2 - 6 = 1; −3+12−9=0-3 + 12 - 9 = 0; −6−6+18=6-6 - 6 + 18 = 6. Fecha. (A mesma solução sai pela regra de Cramer: o determinante da matriz dos coeficientes vale 39, e o de i1i_1, trocando a primeira coluna pelos termos independentes 1,0,61, 0, 6, vale 117; 117/39=3117/39 = 3.)

As correntes de ramo, com os nomes do texto da prova: ia=i1=3i_a = i_1 = 3 A sai da fonte de 7 V; ib=i1−i2=1i_b = i_1 - i_2 = 1 A desce de A para B pelo resistor de 1 Ω; ic=i2=2i_c = i_2 = 2 A desce de A para C; id=i3−i2=1i_d = i_3 - i_2 = 1 A vai de B para C pelo de 3 Ω; ie=i1−i3=0i_e = i_1 - i_3 = 0 no ramo central; if=i3=3i_f = i_3 = 3 A desce de C para D. Lei dos nós em A: chegam 3, saem 1+21 + 2. Em B: chega 1, saem 1+01 + 0. Em C: chegam 2+12 + 1, saem 3. Em D: chegam 3+03 + 0, saem 3 para a fonte. Todos fecham, e nenhuma corrente saiu negativa: os sentidos horários eram os reais. O item 82 de 2025 perguntava se i1i_1 era maior que 5: é 3, errado.

Balanço de potência. A fonte de 7 V fornece 7×3=217 \times 3 = 21 W; a de 6 V, com corrente zero, nem fornece nem recebe. Os resistores dissipam 1×12+2×22+3×12+2×02+1×32=1+8+3+0+9=211 \times 1^2 + 2 \times 2^2 + 3 \times 1^2 + 2 \times 0^2 + 1 \times 3^2 = 1 + 8 + 3 + 0 + 9 = 21 W. Fecha outra vez, por um caminho independente do sistema.

Uma fonte que não carrega corrente

O ramo da fonte de 6 V tem corrente nula, mas a fonte não está “desligada”: ela continua impondo 6 V entre B e D. O que acontece é que o resto do circuito, sozinho, já põe B exatamente 6 V acima de D (a próxima seção mostra isso por três caminhos), e a fonte, ao encontrar nos seus terminais a mesma tensão que ela impõe, não tem o que empurrar. É uma coincidência dos números escolhidos pelos autores do artigo que serviu de texto-base; mude a fonte para 5 V ou 7 V e o ramo passa a conduzir, num sentido ou no outro. Um ramo com corrente nula pode ser aberto sem alterar nenhuma outra corrente; mas tirar a fonte e deixar o fio fechado é outra coisa, porque aí o ramo vira um caminho de 2 Ω entre B e D e tudo muda.

Ler a matriz de coeficientes

A prova de 2025 imprimiu, ao lado do sistema, a matriz AA dos coeficientes, e cobrou dela um determinante. A matriz não é um objeto estranho ao circuito; é o circuito escrito em outra notação, e dá para lê-la de volta.

A=(3−1−2−16−3−2−36),A(i1i2i3)=(106).A = \begin{pmatrix} 3 & -1 & -2 \\ -1 & 6 & -3 \\ -2 & -3 & 6 \end{pmatrix}, \qquad A \begin{pmatrix} i_1 \\ i_2 \\ i_3 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 1 \\ 0 \\ 6 \end{pmatrix}.

Matriz 3 por 3 dos coeficientes do circuito de 2025 ao lado do circuito, com setas ligando cada elemento da diagonal à soma das resistências da malha correspondente, 3, 6 e 6, e cada elemento fora da diagonal, menos 1, menos 2 e menos 3, ao resistor compartilhado entre as duas malhas; a coluna dos termos independentes 1, 0 e 6 ligada às fems de cada malha

O que cada elemento da matriz significa

Com correntes de malha todas no mesmo sentido, a matriz das equações de malha tem uma leitura fixa. Na diagonal, AkkA_{kk} é a soma das resistências da malha kk (sempre positiva). Fora da diagonal, Ajk=AkjA_{jk} = A_{kj} é a resistência compartilhada pelas malhas jj e kk, com sinal negativo (as duas correntes percorrem o resistor em sentidos opostos); zero se as malhas não se tocam. A matriz é simétrica. O lado direito é a soma algébrica das fems de cada malha, no sentido do percurso. Lendo AA do circuito de 2025: a malha 1 tem 1+2=31 + 2 = 3 Ω e compartilha 1 Ω com a malha 2 e 2 Ω com a malha 3; a malha 2 tem 6 Ω e compartilha 3 Ω com a malha 3; a malha 3 tem 6 Ω.

Dois fatos de álgebra que a prova cobrou pelo lado da Matemática têm leitura física aqui. O determinante de AA é diferente de zero (vale 39), e isso é o que garante solução única: um circuito de verdade, com resistências positivas, sempre tem determinante não nulo, porque as correntes ficam determinadas. E o item 85 pediu o determinante de B=2AB = 2A: multiplicar uma matriz 3×33 \times 3 por 2 multiplica cada uma das três linhas por 2, e o determinante fica multiplicado por 23=82^3 = 8, logo det⁡B=8×39=312\det B = 8 \times 39 = 312. Fisicamente, 2A2A é a matriz do mesmo circuito com todas as resistências dobradas; com as mesmas fems, todas as correntes caem à metade.

A diferença de potencial entre dois pontos não depende do caminho

A lei das malhas tem uma consequência prática que a banca cobra: a tensão entre dois pontos quaisquer do circuito pode ser calculada por qualquer caminho que os ligue, somando subidas e descidas, e todos os caminhos dão o mesmo resultado. É a independência do caminho do potencial, agora com números.

Tome os pontos B e D do circuito de 2025, com as correntes já conhecidas. Pelo ramo central, de B a D: desce 6 V pela fonte e desce 2×0=02 \times 0 = 0 pelo resistor; VB−VD=6V_B - V_D = 6 V. Por A: de B sobe a A pelo resistor de 1 Ω contra a corrente ib=1i_b = 1 A, +1+1; de A a D passa pela fonte de 7 V do ++ para o −- (o fio de cima liga A ao polo positivo), −7-7; total VD−VB=+1−7=−6V_D - V_B = +1 - 7 = -6, logo VB−VD=6V_B - V_D = 6 V. Por C: de B a C pelo resistor de 3 Ω a favor de id=1i_d = 1 A, −3-3; de C a D pelo de 1 Ω a favor de if=3i_f = 3 A, −3-3; VB−VD=6V_B - V_D = 6 V. Três caminhos, 6 V. Foi o item 87 de 2025, no circuito 2 do mesmo bloco: um elétron que vai de D até A passando por C tem a mesma variação de energia potencial, q(VA−VD)q(V_A - V_D), que um elétron que vai de D até A passando por B. Certo, porque a energia potencial depende só dos pontos de partida e de chegada.

E a fonte ideal impõe a sua fem entre os terminais em qualquer circuito. Os pontos A e D são os terminais da fonte de 7 V, ligados a ela por fios sem resistência; então VA−VD=7V_A - V_D = 7 V no circuito 1, com a fonte de 6 V e o resistor de 3 Ω, e VA−VD=7V_A - V_D = 7 V no circuito 2, sem eles. O item 89 de 2025 afirmava que, “devido à presença da fonte de 6 V”, a diferença de potencial entre A e D seria menor no circuito 1: errado, sem conta nenhuma. Se as baterias fossem reais, com resistência interna, aí sim a tensão nos terminais dependeria da corrente; é o assunto da página de geradores.

A escada do potencial: a lei das malhas num desenho

Há uma forma de ver a lei das malhas de uma vez: percorrer a malha e desenhar o potencial em função da posição. Cada fonte é um degrau vertical (para cima se atravessada do −- para o ++, para baixo no contrário); cada resistor é uma rampa (para baixo se percorrido a favor da corrente, para cima se contra); os fios são trechos horizontais; e, ao voltar ao ponto de partida, a curva tem de estar na altura em que começou.

Gráfico do potencial em volts em função da posição ao longo de uma malha única com duas baterias em oposição e três resistências, partindo de 0 V no ponto a: degrau para baixo de 4 V na primeira bateria, rampa para cima de 0,5 V no resistor interno de 2 ohms até o ponto b, rampa para cima de 1,25 V no resistor de 5 ohms até o ponto c, rampa para cima de 0,25 V no resistor interno de 1 ohm e degrau para cima de 2 V na segunda bateria de volta a 0 V; anotação de que as rampas sobem porque o percurso é contrário à corrente, de 0,25 ampère

Um gráfico exatamente assim saiu na prova de 2014: a malha tinha um resistor R=5R = 5 Ω e duas baterias reais, de resistências internas r1=2r_1 = 2 Ω e r2=1r_2 = 1 Ω, e o percurso partia de um ponto aa no sentido anti-horário. O gráfico partia de Va=0V_a = 0, caía bruscamente a −4-4 V, subia uma rampa marcada ir1ir_1, outra marcada iRiR, outra marcada ir2ir_2, e voltava bruscamente a zero. Lê-se tudo dele. Os degraus verticais são as fems: 4 V na primeira bateria (atravessada do ++ para o −-) e 2 V na segunda (do −- para o ++); as duas estão em oposição e a fem líquida é 2 V. As rampas sobem nos três resistores, então o percurso anti-horário é contrário à corrente: a corrente real é horária. Isso foi o item 112 (“o sentido do percurso é igual ao sentido convencional da corrente”: errado). E a soma das rampas tem de compensar a diferença dos degraus: i(2+5+1)=2i(2 + 5 + 1) = 2, i=0,25i = 0{,}25 A; a potência na resistência interna de 1 Ω é 1×0,252≈0,061 \times 0{,}25^2 \approx 0{,}06 W, muito menos que o 1 W do item 111 (errado). O gráfico impresso é um esboço (as rampas não saem exatamente proporcionais às resistências); nos números da figura desta página, com i=0,25i = 0{,}25 A: Vb=−4+0,5=−3,5V_b = -4 + 0{,}5 = -3{,}5 V, Vc=−3,5+1,25=−2,25V_c = -3{,}5 + 1{,}25 = -2{,}25 V, depois −2,25+0,25=−2-2{,}25 + 0{,}25 = -2 V, e o degrau de 2 V fecha em zero.

Em 2020, a banca pediu o desenho, num item de resposta construída: uma malha única com uma bateria de fem EE e resistência interna rr ligada a dois resistores R1R_1 e R2R_2 por fios ideais, percorrida por uma corrente II, e um gráfico em branco com os quatro componentes em sequência, EE, rr, R1R_1, R2R_2, separados por linhas pontilhadas. Sem números, o esboço é a escada: um degrau para cima de altura EE na fonte (do −- para o ++, que é o sentido da corrente dentro da fonte), três rampas para baixo de alturas rIrI, R1IR_1 I e R2IR_2 I, proporcionais às resistências, e o fim na altura do começo, porque E=rI+R1I+R2IE = rI + R_1 I + R_2 I. O item pedia ainda o intervalo “em que os elétrons ganham mais energia potencial”. A energia potencial de uma carga é qVqV; como o elétron tem q=−eq = -e, a energia potencial dele sobe justamente nos trechos em que VV desce ao longo do caminho que ele realmente faz, que é o contrário do da corrente convencional. Dentro da bateria, o elétron vai do polo positivo ao negativo, de potencial maior para menor, e a sua energia potencial aumenta em eEeE, paga pela energia química da pilha; em cada resistor, ele entra pelo terminal de potencial mais baixo e sai pelo mais alto, de modo que a energia potencial cai eRIeRI e aparece como calor. A resposta é o intervalo da fonte. Lida pela carga negativa, a lei das malhas diz o mesmo de sempre: a fonte é a porta de entrada da energia, os resistores são a saída.

Sentido do percurso não é sentido da corrente

O sentido em que você percorre a malha para escrever a equação é escolha sua; o sentido da corrente é decisão do circuito. Os dois podem coincidir ou não, e a equação sai certa nos dois casos, desde que os sinais sigam a convenção. No gráfico do potencial, o sinal das rampas revela qual é o caso: rampas para baixo, percurso a favor da corrente; para cima, contra.

A ponte de Wheatstone: equilíbrio pelos potenciais, desequilíbrio por Kirchhoff

Quatro resistores em dois ramos paralelos (R1R_1 e R2R_2 num ramo, R3R_3 e R4R_4 no outro) e um quinto elemento, em geral um galvanômetro, ligando os pontos do meio dos dois ramos: é a ponte de Wheatstone. A página de associação mostra a ponte equilibrada, em que o ramo do meio não conduz e o circuito se reduz; aqui está a razão do equilíbrio e o que fazer quando ele não existe.

Ponha o polo negativo da fonte em potencial zero e o positivo em UU. Sem corrente no galvanômetro, cada ramo é um divisor de tensão: o ponto do meio do primeiro ramo está em VP=UR2R1+R2V_P = U \dfrac{R_2}{R_1 + R_2} e o do segundo em VQ=UR4R3+R4V_Q = U \dfrac{R_4}{R_3 + R_4}. O galvanômetro liga P a Q; a corrente nele é zero se, e só se, VP=VQV_P = V_Q, isto é, se as duas frações forem iguais. Igualando e multiplicando em cruz:

R1R4=R2R3.R_1 R_4 = R_2 R_3.

É a condição de equilíbrio, e ela é uma afirmação sobre potenciais de pontos, não sobre o galvanômetro: se os produtos cruzados são iguais, P e Q estão no mesmo potencial, e qualquer coisa ligada entre eles (galvanômetro, resistor, fio) fica sem corrente e pode ser retirada sem alterar o resto.

Ponte de Wheatstone desequilibrada alimentada por 9 V: ramo de cima com resistores de 1 ohm e 1 ohm e o ponto P entre eles a 5 V, ramo de baixo com resistores de 1 ohm e 3 ohms e o ponto Q entre eles a 6 V, resistor de 1 ohm ligando P a Q com 1 ampère de Q para P; correntes de 4 e 5 ampères no ramo de cima, 3 e 2 ampères no de baixo, 7 ampères na fonte; caixa com a condição de equilíbrio não satisfeita, 1 vezes 3 diferente de 1 vezes 1

Exemplo 3, a ponte desequilibrada. Fonte ideal de 9 V; ramo de cima com R1=1R_1 = 1 Ω e R2=1R_2 = 1 Ω, ponto do meio P; ramo de baixo com R3=1R_3 = 1 Ω e R4=3R_4 = 3 Ω, ponto do meio Q; entre P e Q, um resistor R5=1R_5 = 1 Ω. Produtos cruzados: R1R4=3R_1 R_4 = 3 e R2R3=1R_2 R_3 = 1; diferentes, a ponte não está equilibrada, o ramo do meio conduz e não há série nem paralelo a reduzir. Em vez de três correntes de malha, use os potenciais dos nós: com o polo negativo em 0 e o positivo em 9 V, as únicas incógnitas são VPV_P e VQV_Q, e a lei dos nós em P e em Q, com cada corrente escrita pela lei de Ohm como diferença de potenciais sobre a resistência, dá duas equações.

Nó P: chega corrente do polo positivo por R1R_1, (9−VP)/1(9 - V_P)/1; saem correntes para o polo negativo por R2R_2, VP/1V_P/1, e para Q por R5R_5, (VP−VQ)/1(V_P - V_Q)/1:

9−VP=VP+(VP−VQ)⇒3VP−VQ=9.9 - V_P = V_P + (V_P - V_Q) \quad\Rightarrow\quad 3V_P - V_Q = 9.

Nó Q: chegam (9−VQ)/1(9 - V_Q)/1 por R3R_3 e (VP−VQ)/1(V_P - V_Q)/1 por R5R_5; sai VQ/3V_Q/3 por R4R_4:

9−VQ+VP−VQ=VQ3⇒3VP−7VQ=−27.9 - V_Q + V_P - V_Q = \frac{V_Q}{3} \quad\Rightarrow\quad 3V_P - 7V_Q = -27.

Subtraindo a segunda da primeira: 6VQ=366V_Q = 36, VQ=6V_Q = 6 V; e VP=(9+6)/3=5V_P = (9 + 6)/3 = 5 V. As correntes saem na hora: 44 A em R1R_1, 55 A em R2R_2, 33 A em R3R_3, 22 A em R4R_4 e (6−5)/1=1(6 - 5)/1 = 1 A no galvanômetro, de Q para P (Q está mais alto). Conferência em P: chegam 4+1=54 + 1 = 5, sai 5. Em Q: chegam 3, saem 2+12 + 1. A fonte fornece 9×7=639 \times 7 = 63 W, e os resistores dissipam 16+25+9+12+1=6316 + 25 + 9 + 12 + 1 = 63 W. Se R4R_4 fosse 1 Ω, os produtos cruzados seriam iguais, VP=VQ=4,5V_P = V_Q = 4{,}5 V, e a corrente no meio seria zero: equilíbrio.

Método dos potenciais dos nós

Escolha um nó como referência (V=0V = 0); as incógnitas são os potenciais dos outros nós (os terminais de uma fonte ideal ligada à referência já ficam conhecidos). Em cada nó de potencial desconhecido, escreva a lei dos nós com cada corrente de ramo expressa por (Vde−Vpara)/R(V_{\text{de}} - V_{\text{para}})/R. Saem tantas equações quantas incógnitas, em geral menos do que no método das malhas, e as correntes vêm depois, por Ohm. As duas leis estão lá: a dos nós explicitamente, a das malhas embutida no fato de cada ponto ter um só potencial.

Até onde as duas leis valem, e como conferir qualquer resposta

As leis de Kirchhoff, na forma usada nesta página, supõem quatro coisas, e cada uma pode virar item.

Regime estacionário. As correntes não mudam no tempo. É o que garante que nenhum nó acumula carga (lei dos nós) e que o campo no circuito é o campo eletrostático, conservativo (lei das malhas). Durante a carga de um capacitor, por exemplo, a corrente no ramo dele varia e o capacitor acumula carga de propósito; o regime permanente, com o capacitor carregado e corrente nula no ramo, é assunto da página de capacitores.

Componentes ideais. A fonte impõe a fem; o resistor obedece a Ohm com RR constante. Uma bateria real entra como fonte ideal em série com sua resistência interna, um resistor a mais na malha, e nada muda no método.

Fios sem resistência. Dois pontos ligados por fio são o mesmo nó, com o mesmo potencial. Se um fio tem resistência apreciável (uma linha de transmissão), trate-o como resistor.

Ausência de campos magnéticos variáveis. Um fluxo magnético que varia através de uma malha induz nela uma fem extra (lei de Faraday), e a soma das tensões na volta deixa de ser zero. Corrente estacionária gera campo magnético, mas um campo constante não induz nada; por isso o item 86 de 2025, que afirmava que correntes estacionárias “conforme a lei da indução de Faraday, não gerarão campos magnéticos”, está errado por outro motivo: elas geram campo (lei de Ampère); o que não fazem é induzir fem em malhas vizinhas.

Balanço de potência: a conferência que não depende do sistema

Em qualquer circuito resolvido,

∑εkik=∑Rjij2,\sum \varepsilon_k i_k = \sum R_j i_j^2,

com iki_k a corrente que atravessa a fonte kk no sentido do −- para o ++ (positiva se a fonte fornece energia, negativa se recebe) e a soma da direita sobre todos os resistores, internos incluídos. A igualdade é a lei das malhas multiplicada pelas correntes: energia fornecida por segundo igual a energia dissipada por segundo. Como ela usa todas as correntes de uma vez, um erro em qualquer uma estraga a igualdade; é a melhor conferência que existe para uma solução de Kirchhoff, e demora dez segundos.

O protocolo completo, então: nomear nós, ramos e malhas; arbitrar correntes; escrever n−1n - 1 equações de nós e completar com malhas (ou usar correntes de malha, ou potenciais de nós); resolver; conferir em cada equação; ler os sinais; fechar a potência. Se o circuito se reduz por série e paralelo, reduza antes, porque é mais rápido; as duas leis entram em cena no ponto em que a redução não avança mais.

Como a banca pergunta

O assunto apareceu em quatro provas da 3.ª etapa (2014, 2019, 2020 e 2025). Na prova de 2025, até agora a única escrita sob a matriz vigente, ele respondeu por quatro dos seis itens válidos de eletrodinâmica, concentrados num bloco cujo texto-base era um artigo de engenharia que consta na lista de obras. Os itens estão na aba de exercícios, verbatim; aqui vai a leitura de cada um.

A escada de 2014 (itens 111 a 113). Malha única: R=5R = 5 Ω, baterias com r1=2r_1 = 2 Ω e r2=1r_2 = 1 Ω, e o potencial desenhado ao longo de um percurso anti-horário. Item 113, “não há acúmulo de carga em um nó”: a definição da lei dos nós, certo. Item 112, “o sentido do percurso é igual ao sentido da corrente”: as rampas sobem nos resistores, o percurso vai contra a corrente, errado. Item 111, “a energia dissipada em r2=1r_2 = 1 Ω é superior a 1 W”: os degraus das fems dão 4 V e 2 V em oposição, i=2/8=0,25i = 2/8 = 0{,}25 A, P=1×0,252=0,0625P = 1 \times 0{,}25^2 = 0{,}0625 W, errado por larga margem; o item quer saber se você descobre a corrente a partir dos degraus do gráfico.

O nó da urna (2019, item 90). Fonte de 12 V, três ramos com chaves e resistores de 2 Ω, 4 Ω e 6 Ω; com S1S_1 e S3S_3 fechadas e S2S_2 aberta, “haverá uma corrente de 8 A através do nó”: 6+2=86 + 2 = 8 A, certo. Lei dos nós em forma de conta, com os ramos abertos simplesmente ignorados.

A bateria de lítio (2020, item 112) e o esboço do potencial (2020, item 114). Bateria de 20 V com 1 Ω interno, um resistor RR em série e um par de 20 Ω em paralelo com 0,5 A em cada um. A tensão no par é 10 V, a corrente total 1 A, e a lei das malhas na volta completa dá 20=1×1+R×1+1020 = 1 \times 1 + R \times 1 + 10, R=9R = 9 Ω, marcação 009. O item 114, num texto-base separado, pedia o esboço do potencial ao longo de uma malha com EE, rr, R1R_1 e R2R_2: degrau para cima na fonte, rampas para baixo nos resistores, e os elétrons ganhando energia potencial na fonte.

O circuito de três malhas (2025, itens 80 a 85, 87 e 89). Item 80, “haverá um acúmulo de carga nessas resistências”: errado, corrente estacionária transporta, não retém. Item 82, “i1i_1 é maior que 5”: i1=3i_1 = 3, errado. Item 83, a expressão VB−VD=−6−2(i1−i3)V_B - V_D = -6 - 2(i_1 - i_3): sinais trocados, errado. Item 84, a quarta equação obtida somando (1) e (2) não altera a solução: certo. Item 85, det⁡(2A)=23×39=312\det(2A) = 2^3 \times 39 = 312. Item 87, o elétron de D a A por C ou por B tem a mesma variação de energia potencial: certo. Item 89, a fonte de 6 V tornaria a ddp entre A e D menor no circuito 1: errado, a fonte ideal de 7 V impõe 7 V nos dois circuitos. E os itens 90 e 91, sobre o circuito 2 (sem o ramo central), são série e paralelo puros e estão na página de associação de resistores. O item 88 do bloco foi anulado por ambiguidade (o circuito 2 contém dois pares distintos de 1 Ω e 2 Ω, e o enunciado não dizia qual) e não entra.

O padrão é nítido. Dos sete itens válidos de 2025 sobre o circuito 1 (80, 82, 83, 84, 85, 87 e 89), nenhum exigia de fato o valor das correntes para ser julgado, exceto o 82, e mesmo esse se resolve numa substituição. A banca cobra a convenção de sinais (83), a definição das leis (80, 2014/113, 2019/90), a independência do caminho (87, 89), a contagem de equações (84) e a leitura do gráfico do potencial (2014/111 e 112, 2020/114). Quem sabe montar as equações julga o bloco inteiro; quem só sabe resolver fica com metade.

Os erros que mais custam item

Oito confusões e a correção de cada uma
  1. Decidir o sinal da fonte pela corrente. A fonte conta +ε+\varepsilon se o percurso a atravessa do −- para o ++ e −ε-\varepsilon no contrário, não importa para onde a corrente vai. Só o resistor olha para a corrente.
  2. Trocar VX−VYV_X - V_Y pela variação de potencial no percurso de XX a YY. São o mesmo número com o sinal trocado: VX−VY=−(subidas−descidas de X a Y)V_X - V_Y = -(\text{subidas} - \text{descidas de } X \text{ a } Y). Escreva VY=VX+(…)V_Y = V_X + (\ldots) e isole.
  3. Refazer as contas quando uma corrente sai negativa. O sinal negativo é informação: o sentido real é o oposto ao arbitrado, e o módulo está certo. Uma fonte com corrente “negativa” está recebendo energia.
  4. Esquecer a resistência interna na soma da malha. Toda resistência da malha entra em ∑R\sum R, as internas das baterias também (o R=9R = 9 Ω de 2020 vira 10 para quem esquece o 1 Ω).
  5. Escrever mais equações de nós do que o circuito tem de independentes. Com nn nós, só n−1n - 1 servem; a última é combinação das outras. O mesmo vale para malhas: uma malha que é soma de duas janelas não acrescenta nada.
  6. Esquecer que o resistor compartilhado tem corrente igual à diferença das correntes de malha. No método das malhas, iramo=ij−iki_{\text{ramo}} = i_j - i_k quando as duas malhas percorrem o resistor em sentidos opostos.
  7. Confundir sentido do percurso com sentido da corrente. O percurso é escolha de quem resolve; a corrente é decisão do circuito. No gráfico do potencial, rampas para cima nos resistores denunciam percurso contra a corrente.
  8. Achar que uma fonte ideal “perde tensão” quando outra fonte entra no circuito. A fonte ideal impõe ε\varepsilon entre seus terminais sempre; só a resistência interna faz a tensão nos terminais depender da corrente.

O essencial em meia página

  • Nó: três ou mais fios; ramo: trecho entre nós, uma corrente; malha: laço fechado; independentes = janelas do desenho.
  • Lei dos nós (carga): ∑ichegam=∑isaem\sum i_{\text{chegam}} = \sum i_{\text{saem}}. Corrente estacionária não acumula carga em nó nem em componente.
  • Lei das malhas (energia, potencial univalente): ∑ΔV=0\sum \Delta V = 0 em qualquer volta fechada.
  • Sinais: fonte −→+-\to+ soma +ε+\varepsilon, +→−+\to- soma −ε-\varepsilon (olha o percurso); resistor a favor da corrente −Ri-Ri, contra +Ri+Ri (olha a corrente).
  • Contagem: rr correntes de ramo; n−1n - 1 equações de nós; r−(n−1)r - (n - 1) equações de malha. Combinação linear de equações não altera a solução.
  • Correntes de malha: uma por janela, nós automáticos; resistor compartilhado carrega a diferença. Matriz: diagonal = soma das resistências da malha; fora = resistência compartilhada, negativa; lado direito = fems. det⁡(kA)=k3det⁡A\det(kA) = k^3 \det A para 3×33 \times 3.
  • Corrente negativa: módulo certo, sentido oposto; fonte com corrente entrando pelo ++ recebe energia.
  • Malha única, duas fontes: i=∑ε/∑Ri = \sum\varepsilon / \sum R; oposição subtrai, concordância soma; internas no denominador.
  • Ddp entre dois pontos: qualquer caminho, mesmo resultado; fonte ideal impõe ε\varepsilon entre seus terminais em qualquer circuito.
  • Gráfico do potencial: degrau na fonte, rampa no resistor; rampas para cima = percurso contra a corrente; fecha na altura inicial. Elétron ganha energia potencial na fonte.
  • Wheatstone: equilíbrio R1R4=R2R3R_1 R_4 = R_2 R_3 (pontos do meio no mesmo potencial); desequilibrada, use potenciais dos nós ou malhas.
  • Validade: regime estacionário, componentes ideais, fios sem resistência, sem fluxo magnético variável.
  • Conferência: substituir em todas as equações e fechar ∑εkik=∑Rjij2\sum \varepsilon_k i_k = \sum R_j i_j^2.
  • Circuito de 2025: 3i1−i2−2i3=13i_1 - i_2 - 2i_3 = 1, −i1+6i2−3i3=0-i_1 + 6i_2 - 3i_3 = 0, −2i1−3i2+6i3=6-2i_1 - 3i_2 + 6i_3 = 6; i1=3i_1 = 3, i2=2i_2 = 2, i3=3i_3 = 3; ramo da fonte de 6 V com corrente nula; det⁡A=39\det A = 39; VB−VD=6V_B - V_D = 6 V; VA−VD=7V_A - V_D = 7 V.

Exercícios temporariamente indisponíveis

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Flashcards temporariamente indisponíveis

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Leis de Kirchhoff - Aula 1
Kuadro Oficial · 5:35
Introdução. Cinco minutos e meio que, segundo a descrição do canal, apresentam “a lei dos Nós, que diz que a soma das intensidades de corrente que entram em um nó deve ser igual à soma das intensidades de corrente que saem do nó, e a lei das malhas, que diz que a soma das ddps ao longo de uma malha é igual a zero”. É o enunciado das seções “A lei dos nós é a conservação da carga” e “A lei das malhas é o potencial com um único valor em cada ponto” desta página, na lousa e em linguagem de vestibular; assista antes de ler e procure, nas duas seções, de onde cada lei vem.
Aula 17 - Leis de Kirchhoff
Física Up - Profa. Carina Vellosa · 22:21
Aprofundamento. Vinte e dois minutos com dois circuitos resolvidos inteiros, enunciados na descrição do vídeo: no primeiro, “determine a intensidade da corrente elétrica que percorre o gerador ε1, a diferença de potencial entre os pontos A e B e entre os pontos B e A”; no segundo, “ε1 = 30 V, ε2 = 12 V, R1 = 1 Ω, R2 = 4 Ω e R3 = 8 Ω, determine as intensidades das correntes elétricas nos ramos”. São exatamente o exemplo de duas fontes e três ramos da seção “Quando a redução trava” e o cálculo de V_A − V_B por caminhos da seção “A diferença de potencial entre dois pontos não depende do caminho”; resolva os dois antes de assistir e compare os sinais.
Resolução do PAS 3 UnB 2020 - Eletrodinâmica: gráfico do potencial elétrico em circuitos elétricos
Física+ · 14:19
Aplicação ao item de resposta construída. Catorze minutos do professor Matheus Aguiar sobre o item 114 do PAS 3 de 2020, cujo enunciado a descrição reproduz: “Esboce, no gráfico disponibilizado a seguir, a variação do potencial elétrico nos terminais de cada componente do circuito […] e destaque o intervalo em que os elétrons ganham mais energia potencial”. É a seção “O gráfico do potencial ao longo do circuito” e o exemplo resolvido do item 114 na aba de exercícios: o professor constrói o esboço (degrau para cima na fonte, queda menor na resistência interna, quedas maiores em R1 e R2, retorno ao potencial inicial), mas não chega a discutir o intervalo em que o elétron ganha energia potencial; essa parte, com a dedução a partir de U = −eV, está na página. Desenhe o seu esboço antes de ver o dele.
PAS 3 UnB 2025 - Item 82 | Sistema de equações: como calcular a corrente i1? - Prof. Tatarin
Matemática Linda · 14:59
Resolução de item real. Quinze minutos sobre o item 82 do bloco dos circuitos de 2025 (“O valor da corrente i1 é um número maior que 5”), com a descrição reproduzindo o texto-base da prova e remetendo às resoluções do mesmo sistema por Cramer e por escalonamento. É a parte algébrica da seção “O circuito de três malhas da prova de 2025, equação por equação”: a solução 3, 2, 3 que aqui foi obtida por substituição. Monte as três equações pela convenção de sinais (a parte que o vídeo não faz) e use-o para conferir a conta.
Rota PAS 3
Circuitos elétricos: da tomada às leis de Kirchhoff · PAS 3

Fontes desta página

Os materiais abaixo contribuíram para a explicação e os exemplos deste assunto.

  • Rota PAS 3 — Circuitos elétricos: da tomada às leis de Kirchhoff · As leis de Kirchhoff: nós e malhas (cruzamento de trânsito e elevador; conceito lei dos nós, lei das malhas e convenção de sinais; exemplo-guia de 12 V com 2 Ω e o par 6 Ω e 3 Ω conferido pelas duas leis; o circuito da obra malha a malha, sistema 3 × 3, solução 3, 2, 3 e o ramo da fonte de 6 V com corrente nula; figura do circuito 1; circuito 2 por série e paralelo; itens 2014/113, 2014/111, 2019/90, 2025/83, 2020/114; armadilha do sinal da fonte; checagem do acúmulo de carga); Corrente, resistência e potência (item 2014/112, o sentido do percurso); Leia como na prova: o bloco dos circuitos da UFPR (texto-base de 2025, roteiro de leitura dos itens 80 a 91, leitura anotada do item 89, itens 86, 82 e 91); Como a banca cobra (histórico do assunto, itens 2025/80, 2025/87, 2025/90 e 2020/112); Resolvidos no formato da prova (malha com duas fontes em oposição, tipo B); Banco de treino (T1 a T8, T15)

    Recorte por assunto: nós, ramos e malhas; lei dos nós e lei das malhas com suas origens (conservação da carga, potencial univalente); convenção de sinais; montagem do sistema (correntes de ramo e de malha, número de equações independentes), resolução por substituição e escalonamento e leitura da matriz de coeficientes; corrente negativa; malhas com duas fontes em oposição e em concordância; circuito de três malhas da obra da UFPR; potencial ponto a ponto por caminhos diferentes e o gráfico do potencial ao longo do circuito; ponte de Wheatstone (equilíbrio e caso desequilibrado); validade das leis e balanço de potência. Fora: o gerador real sozinho e o receptor (página de geradores e receptores), capacitores (página futura), a associação simples de resistores (página própria; aqui só como ferramenta de simplificação) e Galvani e Volta (história da eletricidade). A página acrescenta, ausentes do capítulo, a dedução das duas leis a partir das conservações, o método dos potenciais dos nós, a contagem de equações independentes, a leitura da matriz de coeficientes, a resolução completa do sistema de 2025 por escalonamento e por Cramer, a interpretação da corrente negativa e da bateria em carga, a ponte de Wheatstone desequilibrada, o balanço de potência como conferência e a lista de erros comuns. Correção feita no livro em 2/10/2026: o item 2020/114 tem texto-base próprio (malha única com E, r, R₁ e R₂, sem números) e os elétrons ganham energia potencial na fonte, não nos resistores. Segunda correção (revisão de 2/10/2026): no item 2014/111, a diferença entre os dois degraus do gráfico impresso é pouco MAIS de 2 V (cerca de 4 V e 2 V), i ≈ 0,25 A e P ≈ 0,06 W, não "pouco menos de 2 V, i ≈ 0,2 A"; a conclusão (E) não muda.

  • Cadernos e gabaritos oficiais do PAS/UnB (Cebraspe) · PAS 3 2025 (itens 80 a 91, p. 10 e 11 do PDF: texto-base da obra de Oliveira e Joner, figura do circuito 1 com fontes de 7 V e 6 V, cinco resistores, correntes de ramo i_a a i_f e de malha i_1 a i_3, sistema (*), matriz A, sistema (**) do item 84, figura do circuito 2); 2020 Parte 2 (itens 111 e 112, p. 11, figura da bateria de lítio de 20 V e 1 Ω com R, R₁ e R₂; item 114, p. 13, texto-base próprio da malha única com E, r, R₁ e R₂ e o gráfico em branco do potencial); 2019 (item 90, p. 12, figura da urna com as chaves S1, S2 e S3 e os resistores R1, R2 e R3); 2014 (itens 111 a 113, p. 18, gráfico do potencial ao longo da malha única)

    Itens reproduzidos verbatim dos cadernos e conferidos na imagem dos PDFs a 130 dpi, com as figuras recortadas a 300 dpi; gabaritos lidos nas tabelas dos arquivos GAB definitivos (2025: 80 E, 81 anulado, 82 E, 83 E, 84 C, 85 = 312, 86 E, 87 C, 88 anulado, 89 E, 90 B, 91 C; 2020: 111 E, 112 = 009, 114 tipo D; 2019: 90 C; 2014: 111 E, 112 E, 113 C) e em utils/material/PAS/pesquisa/classificacao-pas3/AAAA.json. O caderno de 2025 diz, verbatim, 'as equações dos laços da direita, do laço superior esquerdo e do laço inferior direito' ao apresentar (1), (2) e (3), embora a figura mostre i_1 na malha da esquerda, i_2 na superior direita e i_3 na inferior direita; o texto foi mantido como impresso e a resolução segue a figura. As figuras impressas foram descritas em texto neutro nos enunciados, nomeando todos os rótulos, a polaridade das fontes e a topologia. Os itens anulados 2025/81 e 2025/88 não foram usados; 2025/82, 84 e 85 foram classificados como Matemática pela banca e entram aqui porque o sistema que eles cobram é o das leis de Kirchhoff. Os itens 2025/80, 2014/111 a 113 e 2020/112, já existentes no banco do Hub por outras páginas, são reutilizados pelo GUID.