Os circuitos elétricos são onipresentes em nosso dia-a-dia. Desde os complexos circuitos integrados que controlam o dispositivo que você está lendo este artigo até a fiação que permite que você alterne um lâmpada em sua casa ligada e desligada, toda a sua vida seria radicalmente diferente se você não estivesse rodeado por circuitos em todos os lugares que você vai.
Mas a maioria das pessoas realmente não aprende os detalhes de como os circuitos funcionam e as equações bastante simples - como Lei de Ohm - que explica as relações entre conceitos-chave como resistência elétrica, voltagem e eletricidade atual. No entanto, mergulhar um pouco mais fundo na física da eletrônica pode fornecer uma visão muito mais profunda das regras básicas que sustentam a maioria das tecnologias modernas.
O que é a lei de Ohm?
A lei de Ohm é uma das equações mais importantes quando se trata de entender os circuitos elétricos, mas se você vai entendê-la, precisará de uma boa compreensão dos conceitos básicos que ela vincula:
Voltagem, atualeresistência. A lei de Ohm é simplesmente a equação que descreve a relação entre essas três quantidades para a maioria dos condutores.Tensão é o termo mais comumente usado para a diferença de potencial elétrico entre dois pontos e fornece o “impulso” que permite que a carga elétrica se mova em um loop condutor.
O potencial elétrico é uma forma de energia potencial, como a energia potencial gravitacional, e é definido como a energia potencial elétrica por unidade de carga. A unidade SI para tensão é o volt (V) e 1 V = 1 J / C, ou um joule de energia por coulomb de carga. Às vezes também é chamadoforça eletromotrizou EMF.
A corrente elétrica é a taxa de fluxo de carga elétrica que passa por um determinado ponto em um circuito, que tem a unidade SI do ampere (A), onde 1 A = 1 C / s (um coulomb de carga por segundo). Ele vem na forma de corrente contínua (DC) e corrente alternada (AC), e embora DC seja mais simples, os circuitos AC são usado para fornecer energia para a maioria das residências ao redor do mundo porque é mais fácil e seguro transmitir por muito tempo distâncias.
O conceito final que você precisa entender antes de abordar a lei de Ohm é a resistência, que é uma medida da oposição ao fluxo de corrente em um circuito. A unidade SI para resistência é o ohm (que usa a letra grega ômega, Ω), onde 1 Ω = 1 V / A.
Equação da Lei de Ohm
O físico alemão Georg Ohm descreveu a relação entre tensão, corrente e resistência em sua equação de mesmo nome. A fórmula da lei de Ohm é:
V = IR
OndeVé a diferença de tensão ou potencial,eué a quantidade de corrente e resistênciaRé a quantidade final.
A equação pode ser reorganizada de uma maneira simples para produzir uma fórmula para calcular a corrente com base na tensão e resistência, ou resistência com base na corrente e na tensão. Se você não se sentir confortável reorganizando equações, pode procurar um triângulo de lei de Ohm (consulte Recursos), mas é bastante simples para qualquer pessoa familiarizada com as regras básicas de álgebra.
Os pontos-chave que a equação da lei de Ohm mostra são que a tensão é diretamente proporcional à corrente elétrica (portanto, quanto maior o tensão, quanto maior a corrente), e essa corrente é inversamente proporcional à resistência (portanto, quanto maior a resistência, menor o atual).
Você pode usar a analogia do fluxo de água para lembrar os pontos-chave, que se baseia em um cano com uma extremidade no topo de uma colina e uma extremidade na base. A tensão é como a altura da colina (uma colina mais íngreme, mais alta significa mais tensão), o fluxo de corrente é como o fluxo de água (a água flui mais rápido descendo uma colina mais íngreme) e a resistência é como o atrito entre as laterais do tubo e a água (um tubo mais fino cria mais atrito e reduz a velocidade do fluxo de água, como uma resistência maior faz com a corrente elétrica fluxo).
Por que a lei de Ohm é importante?
A lei de Ohm é de vital importância para descrever circuitos elétricos porque relaciona a tensão à corrente, com o valor da resistência moderando a relação entre os dois. Por causa disso, você pode usar a lei de Ohm para controlar a quantidade de corrente em um circuito, adicionando resistores para reduzir o fluxo de corrente e retirando-os para aumentar a quantidade de corrente.
Também pode ser estendido para descrever a energia elétrica (a taxa de fluxo de energia por segundo), porque a energia P = IV, então você pode usá-lo para garantir que seu circuito forneça energia suficiente para, digamos, um aparelho de 60 watts.
Para estudantes de física, o mais importante sobre a lei de Ohm é que ela permite que você analise diagramas de circuitos, especialmente quando você os combina com as leis de Kirchhoff, que seguem a partir dela.
A lei de tensão de Kirchhoff afirma que a queda de tensão em torno de qualquer malha fechada em um circuito é sempre igual a zero, e o a lei atual afirma que a quantidade de corrente que flui para uma junção ou nó em um circuito é igual à quantidade que flui para fora disso. Você pode usar a lei de Ohm com a lei da tensão em particular para calcular a queda de tensão em qualquer componente de um circuito, que é um problema comum nas aulas de eletrônica.
Exemplos da lei de Ohm
Você pode usar a lei de Ohm para encontrar qualquer quantidade desconhecida dos três, desde que você saiba as outras duas quantidades para o circuito elétrico em questão. Trabalhar com alguns exemplos básicos mostra como isso é feito.
Primeiro, imagine que você tem uma bateria de 9 volts conectada a um circuito com uma resistência total de 18 Ω. Quanta corrente flui quando você conecta o circuito? Reorganizando a lei de Ohm (ou usando um triângulo), você pode encontrar:
\ begin {alinhados} I & = \ frac {V} {R} \\ & = \ frac {9 \ text {V}} {18 \ text {Ω}} \\ & = 0,5 \ text {A} \ end {alinhado}
Portanto, 0,5 ampere de corrente flui ao redor do circuito. Agora imagine que esta é a quantidade perfeita de corrente para um componente que você deseja alimentar, mas você só tem uma bateria de 12 V. Quanta resistência você deve adicionar para garantir que o componente obtenha a quantidade ideal de corrente? Novamente, você pode reorganizar a lei de Ohm e resolvê-la para encontrar a resposta:
\ begin {alinhado} R & = \ frac {V} {I} \\ & = \ frac {12 \ text {V}} {0,5 \ text {A}} \\ & = 24 \ text {Ω} \ end {alinhado}
Portanto, você precisaria de um resistor de 24 Ω para completar o circuito. Finalmente, qual é a queda de tensão em um resistor de 5 Ω em um circuito com 2 A de corrente fluindo por ele? Desta vez, a forma V = IR padrão da lei funciona muito bem:
\ begin {alinhado} V & = IR \\ & = 2 \ text {A} × 5 \ text {Ω} \\ & = 10 \ text {V} \ end {alinhado}
Resistores ôhmicos e não ôhmicos
Você pode usar a lei de Ohm em uma grande variedade de situações, mas há limitações para sua validade - não é uma lei verdadeiramente fundamental da física. A lei descreve uma relação linear entre tensão e corrente, mas esta relação só se mantém se o resistor ou elemento de circuito resistivo com o qual você está trabalhando tem uma resistência constante sob diferentes VoltagemVe atualeuvalores.
Os materiais que obedecem a essa regra são chamados de resistores ôhmicos e, embora a maioria dos problemas de física envolva resistores ôhmicos, você estará familiarizado com muitos resistores não ôhmicos de sua vida diária.
Uma lâmpada é um exemplo perfeito de um resistor não ôhmico. Quando você faz um gráfico deVvs.eupara resistores ôhmicos, mostra uma relação completamente linear, mas se você fizer isso para algo como uma lâmpada, a situação muda. À medida que o filamento da lâmpada aquece, a resistência da lâmpadaaumenta, o que significa que o gráfico se torna uma curva em vez de uma linha reta, e a lei de Ohm não se aplica.