Tensão vs corrente: quais são as semelhanças e diferenças?

Se você é novo na física da eletricidade, termos comoVoltagemeamperespodem quase parecer intercambiáveis ​​com base na maneira como são usados. Mas, na realidade, são quantidades muito diferentes, embora estejam intimamente ligadas pela forma como funcionam juntas em um circuito elétrico, conforme descrito pela lei de Ohm.

Na verdade, "amperes" são uma medida de corrente elétrica (que é medida emamperes), e tensão é um termo que significa potencial elétrico (medido emvolts), mas a menos que você tenha aprendido os detalhes, é compreensível que você possa confundir os dois.

Para entender a diferença - e nunca mais confundi-los - você só precisa de um manual básico sobre o que eles significam e como se relacionam com um circuito elétrico.

Tensão é outro termo para a diferença de potencial elétrico entre dois pontos e pode ser definida simplesmente como a energia potencial elétrica por unidade de carga.

Assim como o potencial gravitacional é a energia potencial que um objeto possui em virtude de sua posição dentro de um campo gravitacional, o potencial elétrico é a energia potencial que um objeto carregado tem em virtude de sua posição em um campo elétrico. A tensão descreve isso especificamente por unidade de carga elétrica e, portanto, pode ser escrito:

OndeVé a voltagem,E​_el é a energia potencial elétrica eqé a carga elétrica. Uma vez que a unidade de energia potencial elétrica é o joule (J) e a unidade de carga elétrica é o coulomb (C), a unidade de tensão é o volt (V), onde 1 V = 1 J / C, ou seja, um volt é igual a um joule por coulomb.

Isso lhe diz que se você permitir que uma carga de 1 coulomb passe por uma diferença de potencial (ou seja, uma voltagem) de 1 V, ganhe 1 J de energia, ou inversamente, levará um joule de energia para mover um coulomb de carga através de uma diferença de potencial de 1 V. A tensão também é às vezes chamada deforça eletromotriz(EMF).

A diferença de tensão (ou diferença de potencial) entre dois pontos, como em qualquer lado de um elemento em um circuito elétrico, pode ser medido conectando um voltímetro em paralelo com o elemento que você está interessado dentro. Como o nome sugere, um voltímetro mede a tensão entre dois pontos no circuito, mas quando você está usando um, ele deve estar conectadoem paralelopara evitar interferência com a leitura de tensão ou danos ao dispositivo.

A corrente elétrica, às vezes chamada de amperagem (uma vez que tem a unidade do ampere), é a taxa de fluxo de carga elétrica que passa por um ponto em um circuito. A carga elétrica é transportada por elétrons, as partículas carregadas negativamente que circundam o núcleo de um átomo, então a quantidade de corrente realmente indica a taxa de fluxo de elétrons. Uma definição matemática simples de corrente elétrica é:

Ondeeué a corrente (em amperes),qé a carga elétrica (em coulombs) eté o tempo decorrido (em segundos). Como esta equação mostra, a definição de um ampere (A) é 1 A = 1 C / s, ou um fluxo de uma carga elétrica de 1 coulomb por segundo. Em termos de elétrons, isso é cerca de 6,2 × 10¹⁸ elétrons (cerca de seis bilhões de bilhões) fluindo além do ponto de referência por segundo para um fluxo de corrente de apenas 1 A.

A corrente pode ser medida em um circuito elétrico conectando um amperímetro em série - ou seja, caminho da corrente principal - com a seção do circuito que você deseja medir a quantidade de corrente Através dos.

Se você ainda está lutando para entender os papéis que a diferença de voltagem e a corrente elétrica desempenham dentro de um circuito elétrico, uma analogia amplamente usada entre eletricidade e água deve ajudar a esclarecer coisas. Dois cenários diferentes podem ser usados ​​para representar a tensão em um circuito elétrico: um cano de água descendo uma colina ou um tanque de água cheio com uma bica de saída na parte inferior.

Para o cano de água com uma extremidade no topo de uma colina e a outra extremidade na parte inferior, sua intuição deve dizem que a água fluiria mais rápido se a colina fosse mais alta e mais lenta se a colina fosse mais baixa. Para o exemplo do tanque de água, se houvesse dois tanques de água cheios em níveis diferentes, você esperaria o tanque mais cheio para liberar água da saída em uma taxa mais rápida do que o tanque cheio para um menor nível.

Seja o potencial da altura da colina (devido ao potencial gravitacional) ou o potencial criado pela pressão da água no tanque, ambos os exemplos transmitem um fato importante sobre a tensão diferenças. Quanto maior o potencial, mais rápido a água (ou seja, a corrente) irá fluir.

O próprio fluxo de água é análogo à corrente elétrica. Se você mediu a água que passa por um único ponto do tubo por segundo, é como o fluxo da corrente em um circuito, exceto com água no lugar de carga elétrica na forma de elétrons. Portanto, se tudo o mais for igual, uma alta tensão leva a uma alta corrente e vice-versa. A parte final da imagem é a resistência, que é análoga ao atrito entre as paredes do o tubo e a água, ou uma obstrução física colocada no tubo bloqueando parcialmente a água fluxo.

Como mostra a tabela, a corrente elétrica e a voltagem têm mais diferenças do que semelhanças, mas também existem algumas semelhanças. A maior diferença entre os dois é o fato de que eles descrevem quantidades inteiramente diferentes, então uma vez que você entende o básico do que cada um é, é improvável que você os confunda com um outro.

A diferença de tensão e a corrente elétrica são diretamente proporcionais entre si, de acordo com a lei de Ohm, uma das equações mais importantes na física dos circuitos elétricos. A equação relaciona a tensão (ou seja, a diferença de potencial criada pela bateria ou outra fonte de energia) à corrente no circuito e à resistência ao fluxo de corrente criada pelos componentes do o circuito.

A lei de Ohm declara:

OndeVé a voltagem,eué a corrente elétrica eRé a resistência (medida em ohms, Ω). Por esse motivo, a lei de Ohm às vezes é chamada de equação de tensão, corrente e resistência. Se você souber quaisquer duas quantidades nesta equação, você pode reorganizar a equação para encontrar o outro quantidade, o que o torna útil na solução da maioria dos problemas eletrônicos que você encontrará na física aula.

É importante notar que a lei de Ohm não ésempreválida e, como tal, não é uma "verdadeira" lei da física, mas uma aproximação útil para o que é chamadoôhmicomateriais. A relação linear que implica entre corrente e voltagem não se aplica a coisas como um filamento bulbo, onde o aumento da temperatura provoca um aumento na resistência e, portanto, impacta o linear relação. No entanto, na maioria dos casos (e certamente na maioria dos problemas de física que serão questionados envolvendo tensão e corrente elétrica), ele pode ser usado sem problemas.

A lei de Ohm é usada principalmente para relacionar a tensão à corrente e resistência; no entanto, há uma extensão da lei que permite que você use as mesmas quantidades para calcular a energia elétrica dissipada em um circuito, onde a energiaPé a taxa de transferência de energia em watts (onde 1 W = 1 J / s). A forma mais simples desta equação é:

Portanto, em palavras, a potência é igual à corrente multiplicada pela voltagem. Portanto, esta é uma área chave na qual a diferença de tensão e a corrente elétrica são semelhantes: ambas compartilham uma relação diretamente proporcional com a potência dissipada em um circuito. Se você não conhece a corrente, pode usar um rearranjo da lei de Ohm (I = V / R) para expressar o poder como:

Ou usando a forma padrão da lei de Ohm, você pode substituir a voltagem e escrever:

Ao reorganizar essas equações, você também pode expressar tensão, resistência ou corrente em termos de potência e outra quantidade.

As leis de Kirchhoff são duas das outras leis mais importantes para circuitos elétricos e são particularmente úteis quando você está analisando um circuito com vários componentes.

A primeira lei de Kirchhoff é às vezes chamada de lei atual, porque afirma que a corrente total fluindo para uma junção é igual à corrente fluindo para fora dela - essencialmente, essa carga é conservado.

A segunda lei de Kirchhoff é chamada de lei da tensão e afirma que, para qualquer malha fechada em um circuito, a soma de todas as tensões deve ser igual a zero. Para a lei de voltagem, você trata a bateria como uma voltagem positiva e as quedas de voltagem em qualquer componente como uma voltagem negativa.

Em combinação com a lei de Ohm, essas duas leis podem ser usadas para resolver essencialmente qualquer problema que você provavelmente encontrará envolvendo circuitos elétricos.

Imagine que você tem um circuito envolvendo uma bateria de 12 V e dois resistores, conectados em série, com resistências de 30 Ω e 15 Ω. A resistência total do circuito é dada pela soma dessas duas resistências, então 30 Ω + 15 Ω = 45 Ω. Observe que quando os resistores são dispostos em paralelo, a relação envolve recíprocos, mas isso não é importante para compreender a relação entre a diferença de tensão e a corrente, portanto, este exemplo simples será suficiente para o presente finalidades.

Qual é a corrente elétrica fluindo pelo circuito? Tente aplicar a lei de Ohm você mesmo antes de continuar lendo.

A seguinte forma da lei de Ohm:

Permite que você calcule:

Agora, conhecendo a corrente através do circuito, qual é a queda de tensão no resistor de 15 Ω? A lei de Ohm no formulário padrão pode ser usada para resolver esta questão. Inserindo os valores deeu= 0,27 A eR= 15 Ω dá:

Para fins de uso das leis de Kirchhoff, esta será uma tensão negativa (ou seja, uma queda de tensão). Como exercício final, você pode mostrar que a tensão total em torno da malha fechada será igual a zero? Lembre-se de que a bateria tem tensão positiva e todas as quedas de tensão são negativas.