Curso de Eletrônica - Parte 1 - Corrente, tensão, resistência e potência

 

1.2 - Corrente, tensão, resistência e potência

É comum vermos profissionais empregarem de forma completamente errada as grandezas elétricas, confundindo tensão, corrente e potência.

Quem já não ouviu um profissional "competente" dizer que tal aparelho funciona com uma "corrente" de 110 V ou coisa semelhante? Vamos eliminar essa confusão!

Conforme vimos, uma corrente elétrica consiste num fluxo de cargas elétricas. Para medir esta corrente a unidade usada é o ampère (A).

Um ampère (1 A) corresponde a uma quantidade de cargas equivalente a 1 Coulomb (1 C) passando por um ponto de um condutor em cada segundo. Levando em conta que cada elétron (ou lacuna) tem uma carga de 1,6 x 10-19 C (Coulombs), podemos ter uma idéia de quantos elétrons estão se movendo num fio e passando por certo trecho dele quando uma corrente de 1 A está sendo conduzida. Esta quantidade é enorme, da ordem de 1 seguido de 18 zeros elétrons em cada segundo!

Se você pensa que a velocidade desses elétrons é muito grande, está enganado. É neste ponto que entra então o conceito de tensão. Como um fluxo de água num encanamento, a eletricidade precisa ser "empurrada" por uma força externa. A ação externa responsável por isso é justamente o que se denomina tensão elétrica. Em outras palavras, quando pensamos em corrente elétrica, a tensão é a causa e a corrente é o efeito.

Temos então diversas formas de expressar essa força externa ou causa da corrente:

Uma delas é tomarmos como referência a diferença de pressão ou força que existe entre as extremidades de um fio, por onde se estabelece a corrente, conforme mostra a figura 4.

 

 

A pressão elétrica ou tensão pode ser medida num fio tomando como referência outro, para o qual a corrente circula.
A pressão elétrica ou tensão pode ser medida num fio tomando como referência outro, para o qual a corrente circula.

 

É como se tivermos um reservatório de água a 10 metros de altura e estabelecermos um fluxo de água por um cano com a saída em 5 metros de altura. A diferença entre os níveis ou pressões da água é 5 metros, conforme mostra a figura 5.

 

A diferença entre os níveis dos locais entre os quais a corrente circula determina a pressão ou tensão elétrica.
A diferença entre os níveis dos locais entre os quais a corrente circula determina a pressão ou tensão elétrica.

 

Para a eletricidade podemos ter a caixa de água num "potencial" de 10 volts e a extremidade do fio num "potencial" de 5 volts de modo que a diferença de potencial ou ddp será de 5 volts. Em outras palavras, podemos indicar como causa para a circulação de uma corrente a diferença de potencial entre as extremidades de um fio ou circuito.

Outra maneira é sempre expressar a pressão que podemos ter num encanamento de água tomando como referência, por exemplo, o nível do mar, conforme mostra a figura 6.

 

A tensão elétrica pode ser referenciada em relação à terra (0 volt).
A tensão elétrica pode ser referenciada em relação à terra (0 volt).

 

Fazendo assim, não precisaremos saber qual é o potencial em que se encontra cada extremidade do fio. Podemos simplesmente dizer que o potencial ou tensão no fio é de tantos volts, referindo à força disponível para empurrar a corrente e levando em conta que a outra extremidade se encontra no nível de referência ou zero, conforme mostra a figura 7.

 

Quando não indicada em relação a quê, a tensão é indicada em relação à terra (0 V).
Quando não indicada em relação a quê, a tensão é indicada em relação à terra (0 V).

 

Veja então que enquanto a tensão é a causa do movimento das cargas a corrente é o efeito, ou seja, o movimento dessas cargas. Sem tensão não há circulação de corrente, se bem que se possa manifestar uma tensão sem haver corrente.

Entre os pólos de uma pilha, por exemplo, manifesta-se uma diferença de potencial, ou seja, existe a possibilidade da pilha aplicar uma tensão num circuito. No entanto, só haverá corrente no momento em que for ligado aos pólos da pilha um meio ou circuito por onde a corrente possa fluir. Numa tomada de energia existe uma "tensão" de 110 V, mas corrente só vai existir, no momento em que algum aparelho for ligado a esta tomada. Quando tratamos de dispositivos que podem gerar energia elétrica podendo assim produzir uma corrente elétrica, utilizamos outra forma de expressar a "pressão elétrica" que eles podem fazer para criar uma corrente. Indicamos esta capacidade através do que se denomina "força eletro-motriz" ou f.e.m. Veja mais sobre isso na sugestão de literatura adicional no final da lição.

 

1.2.1 - Resistência

Quando uma corrente atravessa um meio condutor qualquer como um fio condutor, ela encontra certa oposição. Essa oposição recebe o nome de "resistência elétrica" e é medida em ? (O). Quando forçamos uma corrente através de um circuito, aplicando uma tensão que vai empurrar os elétrons, a intensidade dessa corrente vai depender da resistência que o circuito apresenta. A tensão é a causa e a corrente o efeito, conforme já explicamos. A resistência determina a relação entre a causa e o efeito através de uma lei fundamental da eletricidade a Lei de Ohm. Chamando de V a tensão, de I a corrente e de R a resistência podemos escrever:

 

R = V/I

 

A partir desta fórmula podemos deduzir duas outras de grande importância para a eletrônica:

V = R x I (1)

I = V/R (2)

Pela fórmula (1) podemos calcular a "queda de tensão em um circuito. Por exemplo, se em uma lâmpada cuja resistência apresentada pelo seu filamento é 10 ?, circula uma corrente de 0,5 A, podemos calcular a queda de tensão nesta lâmpada ou a tensão sob a qual é submetida, conforme indicado na figura 8.

 

 

Calculando a queda de tensão numa lâmpada.
Calculando a queda de tensão numa lâmpada.

 

Esse cálculo é simples:

 

V = R x I - 10 x 0,5 = 5 V

 

Da mesma forma, utilizando a fórmula (2) podemos calcular a corrente que circula através de um dispositivo qualquer, como uma lâmpada, quando conhecemos sua resistência e a tensão aplicada, o que pode ser visto na figura 9.

 

Calculando a intensidade da corrente numa carga de resistência conhecida.
Calculando a intensidade da corrente numa carga de resistência conhecida.

 

Para uma lâmpada de 20 ?, em que aplicamos 12 V, temos uma corrente dada por:

 

I = V/R = 12/20 = 0,6 A

 

Nestes cálculos é muito observar as unidades elétricas para as grandezas envolvidas. Por exemplo, se a corrente for dada em miliampères devemos convertê-la em ampères para usar nos cálculos. Da mesma forma, uma resistência em quil? deve ser convertida para ?, para efeito de cálculos. Estamos ainda tratando apenas de circuitos alimentados por tensões contínuas. Para outros tipos de tensão, como a alternada, os cálculos podem ser diferentes em alguns casos.

 

1.2.2 - Corrente X Tensão = Potência

Um fato importante que todo o praticante de eletrônica deve ter em mente é que não se pode criar energia a partir do nada. A energia entregue a um circuito elétrico depende tanto da tensão como da corrente. É da "força" com que as cargas elétricas são empurradas num fio e da sua quantidade que depende a quantidade de energia que um circuito pode receber em cada instante, ou seja, sua potência elétrica.

O princípio da conservação da energia é um dos mais importantes da física. Veja mais sobre ele no site.

Assim, a potência elétrica de um circuito, conforme mostra a figura 10, é dada pelo produto da tensão pela corrente ou V x I.

 

 

Multiplicando-se a intensidade da corrente pela tensão temos a potência entregue a um circuito.
Multiplicando-se a intensidade da corrente pela tensão temos a potência entregue a um circuito.

 

A potência, que é medida em watts (W), é uma característica própria de um circuito e normalmente não pode ser alterada. No entanto, o modo como essa potência pode ser fornecida ao circuito pode ser modificado.

Assim, se um circuito precisar de 100 watts para funcionar, podemos projetá-lo de tal forma que ele seja alimentado por 20 volts, caso em que a corrente que vai circular no funcionamento normal (desprezando-se as perdas) será de 5 ampères, como podemos projetá-lo para funcionar com 50 volts, caso em que a corrente será de 2 ampères. Nos circuitos eletrônicos encontramos tensões de diversos valores, assim como correntes que dependem do que está sendo alimentado.

Veja na seção de Matemática Para Eletrônica fórmulas cálculo envolvendo potência elétrica.

E, na alimentação externa dos aparelhos temos também diversas possibilidades. Um exemplo disso está na nossa própria instalação elétrica. Se tivermos um chuveiro que deva operar com uma potência de 2 200 watts, o que se considera razoável para dar um bom aquecimento a um fluxo normal de água temos duas possibilidades para alimentá-lo:

Se ligarmos esse chuveiro na rede de 110 V, para obter os 2 200 watts, a corrente que circulará será de 20 ampères. Se ligarmos esse mesmo chuveiro na rede de 220 V, a corrente será só de 10 ampères.

Veja que não estamos economizando energia no segundo caso!

Pagamos pelos watts multiplicados pelo tempo em que o chuveiro fica ligado, e nos dois casos a potência é de 2 200 watts. Então, qual é a vantagem? Os fios que transportam energia elétrica possuem certa resistência que depende de sua espessura e de seu comprimento. Da mesma forma, em função da espessura, os fios apresentam certa limitação à intensidade da corrente que podem conduzir. Assim, se usarmos a rede de 110 volts para transferir energia para um chuveiro e sua instalação usar fios longos temos dois problemas a considerar.

O primeiro ‚ que a corrente deve ser duas vezes maior do que se usarmos 220 volts, mesmo com a mesma potência, o que significa que precisamos de fio mais grosso (que é mais caro). O segundo é que, as perdas que ocorrem num fio dependem de sua resistência e também da corrente. Uma corrente mais intensa significa que, num mesmo percurso temos perdas de energia maiores.

Este é o motivo pelo qual damos preferência às tensões mais elevadas quando precisamos alimentar circuitos de altas potências ou transmitir energia elétrica por meio de fios longos.

 

 

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