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| Figura 01 - Tensão, corrente e resistência elétrica. |
Entender esses conceitos é fundamental para começar a aprender sobre eletricidade e realizar análises de circuitos bem sucedidas.
Vamos estudar quais são as principais grandezas físicas relacionadas a eletricidade bem como os cálculos que relacionam umas com as outras.
Tensão Elétrica
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| Figura 02 - Tensão elétrica. |
A Tensão Elétrica é fornecida ao circuito por meio de um gerador, seja ele uma pilha, bateria, fonte ou até mesmo um gerador solar, térmico, mecânico e inúmeros outros. A unidade de medida é o Volt, e é vista em circuitos representada pelas letras V ou U.
Tensão elétrica é a quantidade de energia armazenada em cada coulomb de carga elétrica, quando esta se encontra em regiões em que há um campo elétrico não nulo. Nessas condições, quando soltas, as cargas podem passar a se mover, devido ao surgimento de uma força elétrica sobre elas. Cargas positivas movem-se em direção aos potenciais elétricos mais baixos, enquanto as cargas negativas tendem a se deslocar em direção aos potenciais elétricos mais altos. Logo: "A tensão elétrica é definida como a energia potencial elétrica armazenada por unidade de carga elétrica. Por exemplo, quando uma carga elétrica de 1,0 Coulomb é colocada em uma região de 1 Volts, ela adquire uma energia potencial elétrica de 1 Joule."
Quando alguém falar em ddp (diferença de potencial) também está se referindo a tensão elétrica. A tensão também é representada nas fórmulas pela letra V e eventualmente pela letra U. V, uma homenagem á Volta, Alessandro Giuseppe (1745 - 1827).
Corrente Elétrica
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| Figura 03 - Corrente elétrica. |
A Corrente Elétrica é um fluxo de elétrons que circula em um condutor quando há diferença de potencial – ou seja, tensão.
Pode causar alguns efeitos no condutor, sejam eles térmicos ou luminosos. O exemplo disso é um chuveiro elétrico, que a corrente passando em seu circuito dissipa muito calor.
A corrente elétrica é o movimento de cargas elétricas, que acontece no interior de diferentes materiais, em razão da aplicação de uma diferença de potencial elétrico. A corrente elétrica é a grandeza física que nos permite conhecer qual é a quantidade de carga que atravessa a secção transversal de um condutor a cada segundo. "No sistema internacional sua unidade de medida é o Ampère (A), sendo calculada através da seguinte expressão: I = Q / Δt. Onde: I: intensidade da corrente (A), Q: carga elétrica (C) e Δt: intervalo de tempo (s).
A unidade de medida da corrente são os Amperes. Em circuitos, você pode ver ela ser representada pela letra i. Não confundir a representação da corrente (I) com sua unidade em Amperes (A), uma homenagem á Ampère, André-Marie (1775 - 1836).
Apesar de sempre considerarmos que a energia sai do terminal positivo do gerador e flui para o terminal negativo, isso não acontece de fato. Na realidade, os elétrons saem do terminal negativo e fluem para o positivo.
Carga Elétrica
A carga elementar e de um elétron é: .
Uma carga de 1 Coulomb é a carga elétrica de 6,25 . 1018 elétrons.
Para determinarmos a quantidade de carga elétrica de um corpo precisamos saber o número de elétrons ou prótons que este corpo tem em excesso, logo: Q = n.e. Onde: Q = quantidade de carga elétrica do corpo, n = número de elétrons em falta ou em excesso e e = carga elementar (1,6 . 10-19C).
Resistência Elétrica
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| Figura 04 - Resistência elétrica. |
Isso muda de material para material – cada um tem suas características, uns facilitam e outros dificultam a passagem de corrente.
Dessa forma, na prática, todo material possui uma resistência elétrica, por menor que ela seja.
A resistência causa o efeito Joule, em que parte da energia é perdida em forma de calor. Quanto maior a resistência, maior a perda.
A unidade de medida da Resistência é o Ohm. Entretanto, em circuitos e equações, ela será vista representada pela letra R. Os Ohms são representados pela letra grega ômega. Ohm é uma homenagem á Ohm, Georg Simon (1789-1854).
Potência Elétrica
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| Figura 05 - Potência elétrica. |
P = V x I (W)
Onde: P= Potência (Watts); V= Tensão (Volts) e I= Corrente (Amperes).
A unidade de medida da Potência é o Watt. Assim, quando dizemos que um aparelho tem tantos Watts, é a relação entre a tensão e a corrente que ele “consome”. Não confundir a representação da potência (P) com sua unidade em watts (W), Watts é uma homenagem á Watt, James (1736-1819).
Representação de correntes e tensões em componentes passivos
Nós precisamos de uma forma simples para representar as tensões e correntes em um circuito. O propósito da convenção de sinais desenvolvida é definir o que queremos dizer por tensões e correntes positivas e/ou negativas. Por que precisamos de uma convenção de sinais? Componentes passivos (resistores, capacitores, indutores) têm uma equação que os define (Lei de Ohm e outras). Essas equações estabelecem uma relação entre tensão e corrente. Nós não podemos simplesmente atribuir a polaridade da tensão e a direção da corrente de qualquer forma. A polaridade da tensão e a direção da corrente têm que ser consistentes uma com a outra. A convenção universal para polaridade da tensão e direção da corrente para componentes de dois terminais é mostrada abaixo:
Polaridade da tensão: A figura 01 mostra a polaridade da tensão com duas notações em laranja: sinais + positivo e - negativo, e uma seta. A seta da tensão aponta de - negativo para + positivo. Os sinais e a seta são redundantes, eles significam exatamente a mesma coisa. Você pode usar qualquer um, ou ambos, em seus esquemas. A seta de tensão é desenhada levemente curvada. Isso ajuda a identificá-la como a seta de tensão, e não ser confundida com uma seta reta que representa a corrente.
Direção da corrente: A seta azul mostra a direção atribuída ao fluxo de corrente positiva. Setas de corrente devem ser desenhadas do forma que a corrente flui do terminal de tensão + positivo, para o terminal de tensão - negativo.
A razão dessa convenção é para que os sinais de corrente e tensão surjam corretamente quando aplicamos as equações que definem cada componente, como Lei de Ohm para um resistor.
Exemplo 1: Esse resistor de 250 Ω foi definido usando a convenção de sinais para componentes passivos. A polaridade das tensões (sinais laranja e setas) foram designados com + positivo no topo do resistor. Essa direção foi uma escolha arbitrária. A seta de corrente azul aponta do terminal positivo para o negativo, Isso não foi uma escolha arbitrária. Corrente tem que fluir de + para -.
Figura 07 - Cálculo de corrente em resistores.
Alguma coisa (não mostrada, uma fonte de tensão ou um circuito vizinho) causou o aparecimento de 2 volts, através do resistor. Para achar a corrente, aplique a Lei de Ohm: i = v / R >> i = 2 / 250 >> i = 8 mA. A seta da tensão nos diz que o topo do resistor tem 2V a mais que parte inferior do resistor. Pela Lei de Ohm calcula-se a corrente que é + 8 mA. O sinal + na corrente significa que ela está fluindo na direção da seta, de cima para baixo.
No link a seguir há exercícios de aplicação: 05 - Lista de exercícios de Eletricidade básica.
No link a seguir há o software Proteus para simulação de circuito elétricos: 01 Software para uso em Eletricidade básica.
© Direitos de autor. 2019: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 01/04/2019
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