Tensão: Definição, Equação, Unidades (c / Exemplos)

Imagine a água fluindo colina abaixo através de um sistema de tubos. Sua intuição deve lhe dizer quais fatores fariam com que a água fluísse mais rápido e o que a tornaria mais lenta. Quanto mais alta a colina, mais rápida será a corrente e quanto mais obstruções no tubo, mais lento ele fluirá.

Isso tudo se deve a umdiferença de energia potencial​ ​entre o topo da colina e a base, porque a água tem energia potencial gravitacional no topo da colina e nenhuma quando chega ao fundo.

Esta é uma ótima analogia para elétricaVoltagem. Da mesma forma, quando há uma diferença de potencial elétrico entre dois pontos de um circuito elétrico, a corrente elétrica flui de uma parte do circuito para outra.

Assim como no exemplo da água, a diferença de energia potencial entre os dois pontos (criada pela distribuição da carga elétrica) é o que cria o fluxo de corrente. Claro, os físicos têm definições mais precisas do que isso, e aprender equações como a lei de Ohm dá a você uma melhor compreensão da voltagem.

Tensão é o nome dado a uma diferença de energia potencial elétrica entre dois pontos e é definida como a energia potencial elétrica por unidade de carga. Apesarpotencial elétricoé um termo mais preciso, o fato de que a unidade SI de potencial elétrico é o volt (V) significa que é comumente referido como voltagem, especialmente quando as pessoas falam sobre a diferença de potencial entre os terminais de uma bateria ou outras partes de um o circuito.

A definição pode ser escrita matematicamente como:

OndeVé a diferença potencial,E​_el é a energia potencial elétrica (em joules) eqé a carga (em coulombs). A partir disso, você deve ser capaz de ver que 1 V = 1 J / C, o que significa que um volt é definido como um joule por coulomb (ou seja, por unidade de carga). Às vezes, você veráEusado como símbolo de tensão, porque outro termo para a mesma quantidade é "força eletromotriz" (EMF), mas muitas fontes usamVpara corresponder ao uso diário do termo.

O volt leva o nome do físico italiano Alessandro Volta, mais conhecido por inventar a primeira bateria elétrica (chamada de “pilha voltaica”).

No entanto, a equação acima não é a equação mais comumente usada para tensão, porque a maioria dos vez que você encontrar o termo, ele envolverá um circuito elétrico, e a equação mais útil para isso éLei de Ohm. Isso relaciona a tensão ao fluxo de corrente no circuito e a resistência ao fluxo de corrente dos fios e componentes do circuito, e tem a forma:

OndeVé a diferença de potencial em volts (V);eué o fluxo da corrente, com uma unidade de ampere ou ampere para abreviar (A); eRé a resistência em ohms (Ω). À primeira vista, esta equação diz que para a mesma resistência, tensões mais altas produzem correntes mais altas (análogo a aumentar a altura do colina na introdução) e para a mesma tensão, o fluxo de corrente é reduzido para resistências mais altas (análogo às obstruções nas tubulações no exemplo). Se não houver diferença de tensão, nenhuma corrente fluirá.

Diferentes componentes de um circuito terão diferentesquedas de tensãoentre eles, e você pode usar a lei de Ohm para descobrir o que eles serão. Em linha com a lei de tensão de Kirchhoff, no entanto,a soma das quedas de tensão em torno de qualquer loop completo em um circuito deve ser igual a zero​.

A tensão em um elemento em um circuito elétrico pode ser medida com um voltímetro ou multímetro, com o último contendo um voltímetro, mas também outras ferramentas como um amperímetro (para medir a corrente). Você conecta o voltímetro em paralelo ao elemento que está sendo medido para determinar a queda de tensão entre os dois pontos - nunca o conecte em série!

Voltímetros analógicos funcionam usando um galvanômetro (um dispositivo para medir pequenas correntes elétricas) em série com um resistor de alto ohm, com o galvanômetro contendo uma bobina de fio em um campo magnético. Quando uma corrente flui através do fio, ela cria um campo magnético, que interage com o existente campo magnético para fazer a bobina girar, que então move o ponteiro no dispositivo para indicar o Voltagem.

Porque a rotação da bobina é proporcional à corrente, e a corrente é por sua vez proporcional à tensão (pela lei de Ohm), quanto mais a bobina gira, maior a tensão entre os dois pontos. Isso é mais complicado se você estiver medindo corrente alternada em vez de corrente contínua, mas designs diferentes também tornam isso possível.

Você deve conectar um voltímetro em paralelo porque dois elementos de circuito em paralelo têm a mesma voltagem entre eles. Um voltímetro deve ter alta resistência porque isso o impede de extrair uma corrente muito grande do circuito principal e, assim, interferir no resultado. Além disso, os voltímetros não são construídos para extrair grandes correntes, então se você conectar um em série, ele pode facilmente quebrar ou queimar um fusível.

Aprender a trabalhar com potencial elétrico envolve aprender a usar a lei de Ohm e aprender a aplicar a lei de tensão de Kirchhoff para determinar quedas de tensão em diferentes elementos em um circuito. A coisa mais simples a fazer é aplicar a lei de Ohm a todo um circuito.

Se um circuito é alimentado por uma bateria de 12 V e tem um total de 70 ohms de resistência, qual é a corrente fluindo através do circuito?

Aqui, você simplesmente precisa reorganizar a lei de Ohm para criar uma expressão para a corrente elétrica. A lei declara:

Tudo que você precisa fazer é dividir os dois lados porRe inverta para obter:

Inserir valores dá:

Portanto, a corrente é 0,1714 A, ou 171,4 miliamperes (mA).

Mas agora imagine que esses 70 Ω de resistência são divididos em três resistores diferentes em série, com valores de 20 Ω, 10 Ω e 40 Ω. Qual é a queda de tensão em cada componente?

Novamente, você pode usar a lei de Ohm para olhar cada componente por vez, observando a corrente elétrica geral em torno do circuito de 0,1714 A. Usando V = IR para cada um dos três resistores, por sua vez:

Pela primeira vez:

O segundo:

E o terceiro:

De acordo com a lei de tensão de Kirchhoff, essas três quedas de tensão devem somar 12 V:

Isso equivale a 12 V com duas casas decimais, com a ligeira discrepância sendo devida a erros de arredondamento.

Na discussão sobre como medir a tensão acima, foi observado que as quedas de tensão nos componentes paralelos em um circuito são iguais. Isso é explicado porLei de tensão de Kirchhoff, que afirma que a soma de todas as tensões (a tensão positiva da fonte de alimentação e as quedas de tensão dos componentes) em um circuito fechado deve ser igual a zero​.

Para um circuito paralelo, com várias ramificações, você pode criar um loop incluindo qualquer uma das ramificações paralelas e a bateria. Independentemente do componente em cada ramo, a queda de tensão em qualquer ramodevoportanto, deve ser igual à tensão fornecida pela bateria (ignorando a possibilidade de outros componentes em série, para simplificar). Isso é verdade para todos os ramos e, portanto, os componentes paralelos sempre terão quedas de tensão iguais entre eles.

A lei de Ohm também pode ser estendida para se relacionar com o poder (P), que é a taxa de fornecimento de energia em joules por segundo (watts,C), e acontece que P = IV.

Para um componente de circuito, como uma lâmpada, isso mostra que a energia que ele dissipa (ou seja, se transforma em luz) depende da voltagem através dele, com voltagens mais altas levando a uma saída de energia maior. Em linha com a discussão de componentes paralelos na seção anterior, várias lâmpadas dispostas em paralelo brilham com mais intensidade do que as mesmas lâmpadas dispostas em série, porque a tensão total da bateria cai em cada lâmpada quando conectada em paralelo, enquanto apenas um terço cai quando elas estão conectadas em Series.