Tensão elétrica
As grandezas fundamentais em eletricidade são a tensão elétrica, a corrente elétrica, a resistência elétrica e a potência elétrica. Essas grandezas sempre estão presentes em qualquer circuito elétrico e não podem ser dissociadas.
A tensão elétrica é a diferença de potencial elétrico (d.d.p.) gerada entre dois pontos quaisquer. Essa diferença é responsável por colocar em movimento ordenado as cargas elétricas livres do meio condutor.
O conceito de tensão elétrica pode ser exemplificado fazendo analogia com um reservatório de água, como na Figura abaixo. Nessa figura, o reservatório de água encontra-se em um ponto muito mais alto do que o ponto onde está o homem. Quanto mais alto estiver o reservatório, maior será a força com a qual a água irá fluir em direção ao homem.
O potencial elétrico funciona do mesmo modo. O reservatório seria o ponto onde haveria a maior concentração de elétrons, e o ponto onde o homem está seria onde há menor concentração de elétrons. Quanto maior for essa diferença de elétrons entre os dois pontos, maior será a diferença de potencial (d.d.p.).
A unidade de tensão elétrica é o volt (V) e a grandeza é representada pela letra V, em maiúsculo, para sinais contínuos e v , em minúsculo, para sinais alternados.
Exemplos:
Uma pilha está carregada eletricamente com 1,5 V.
V = 1,5 V
A tensão residencial no norte do país é de 120 V.
v = 120 V
A tensão elétrica é medida por um equipamento chamado voltímetro. O voltímetro deve ser conectado em paralelo aos dois pontos onde se deseja obter o valor da tensão (Figura abaixo).
Corrente elétrica
Continuando com a analogia do reservatório de água, podemos comparar a corrente elétrica com o fluxo de água que flui de um ponto ao outro. A corrente elétrica é o fluxo ordenado de elétrons em um meio que surge a partir de uma diferença de potencial elétrico (d.p.p.).
A intensidade da corrente elétrica depende diretamente do número de elétrons que passam por uma unidade de tempo através de uma região do condutor (Figura abaixo).
A unidade de corrente elétrica é o ampère (A) e a grandeza é representada pela letra I, em maiúsculo, para sinais contínuos e i , em minúsculo, para sinais alternados.
A corrente elétrica é representada convencionalmente pelo símbolo I, original do alemão Intensität, que significa intensidade.
Um ampère (1 A) equivale a 6,2×1018 elétrons atravessando a secção reta de um meio qualquer em um segundo. Esse mesmo número de elétrons transporta uma carga elétrica igual a um Coulomb (1 C).
A quantidade de elétrons de um material define a sua carga elétrica. Se o material tiver elétrons em excesso, sua carga é negativa. Se houver mais prótons que elétrons, a carga é positiva. Cargas de mesmo sinal se repelem e cargas de sinais opostos se atraem. A força de atração ou repulsão entre as cargas é conhecida como força eletrostática, definida pela lei de Coulomb.
Representando essa carga por Q, podemos calcular a intensidade de corrente elétrica pela seguinte fórmula:
Como exemplo de corrente elétrica, podemos citar os raios, o vento solar ou o fluxo de elétrons eu um condutor metálico.
A corrente elétrica é medida por um equipamento chamado amperímetro. O amperímetro deve ser conectado em série aos dois pontos onde se deseja obter o valor da corrente (Figura abaixo)
Veja uma comparação entre o fluxo de corrente elétrica em um circuito e um sistema hidráulico onde o fluxo de água move uma bomba na figura abaixo.
Resistência elétrica
A resistência elétrica, na analogia do reservatório de água (Figura acima), poderia ser representada como uma válvula de controle do fluxo de água, com a qual você permitiria que o fluxo fosse máximo ou diminuísse até cessar.
A unidade de resistência elétrica é o ohm Ω e a grandeza é representada pela letra R.
A resistência elétrica é a propriedade do componente ou equipamento eletrônico em se opor à corrente elétrica. O valor da resistência elétrica determina se um material é isolante ou condutor. Quanto maior a resistência elétrica, mais isolante será o material. Da mesma forma, quanto menor a resistência elétrica, mais condutor será o material em relação à corrente elétrica
Materiais condutores permitem que as cargas, os elétrons, se movam com facilidade. Nos materiais isolantes as cargas não podem se mover.
Cada material resiste à corrente elétrica de uma maneira. Isso ocorre porque cada material possui uma resistividade elétrica ρ diferente. O alumínio, por exemplo, é um elemento que possui baixa resistividade. Sua resistividade é de 2,8.10 -8 Ω .m. Esse valor de resistividade indica que o alumínio é um bom condutor. O vidro possui uma resistividade muito grande (1.10 12 Ω . m) fazendo com que ele seja um bom isolante.
Quando dizemos que um material, como o ouro, possui uma resistividade de 2,45.10 -8 Ω .m, significa dizer que uma barra de ouro com 1 m de comprimento (l) e 1 m2 de área de secção reta transversal (A) tem uma resistência de 2,45.10 -8 Ω .m
Utilizamos as medidas de comprimento e área na determinação do valor da resistência porque a resistência de um material irá variar se seu comprimento for maior ou menor e se sua área da seção transversal for maior ou menor.
De acordo com a equação da resistência, a resistência de um condutor de seção reta e uniforme é diretamente proporcional ao seu comprimento e inversamente à área da seção reta.
Onde:
R é a resistência elétrica, em Ω;
ρ (pronuncia-se rô) é a resistência específica do material, em Ω.m;
l é o comprimento do resistor, em m;
A é a área da secção reta transversal do resistor, em m2.
Potência elétrica
Você já deve ter ouvido muitas propagandas sobre produtos eletrônicos nas quais é destacada a potência desses equipamentos (Figuras abaixo). Bons exemplos são os aparelhos de som, os chuveiros e lavadoras que sempre apresentam em destaque sua potência de trabalho.
Esses aparelhos necessitam de energia elétrica para funcionar e, ao receberem essa energia elétrica, transformam-na em outra forma de energia. No caso do chuveiro, por exemplo, a energia elétrica é transformada em energia térmica.
Quanto mais energia for transformada em um menor intervalo de tempo, maior será a potência do aparelho. Dessa forma temos que a potência elétrica é a razão entre a energia elétrica transformada e o intervalo de tempo dessa transformação.
Na utilização de um equipamento elétrico você pode observar que ele esquenta durante seu funcionamento. Esse aquecimento é chamado de efeito Joule e ocorre por causa das colisões entre os elétrons. A energia que é drenada nesse aquecimento é chamada de energia dissipada.
Existem aparelhos que têm como objetivo dissipar toda a energia elétrica e transformá-la em energia térmica. Você consegue se lembrar de algum?
A potência é o produto da tensão pela corrente. Sua unidade de medida é o volt-ampère (VA) e a grandeza é representada pela letra P. Essa potência é também chamada de potência aparente.
A potência aparente é composta por duas parcelas: a potência ativa e a potência reativa. Pode-se fazer uma analogia das potências com um copo de cerveja, onde a parte líquida representa a potência ativa, ou seja, é aquela efetivamente consumida, e a espuma representa a potência reativa, parte necessária para manter a temperatura da parte líquida.
A potência ativa é aquela efetivamente transformada em potência mecânica, potência térmica e potência luminosa. Sua unidade de medida é o watt (W).
A potência reativa é a parcela transformada em campo magnético, necessário ao funcionamento de motores, transformadores e reatores. Sua unidade de medida é o volt-ampère reativo (VAr).
Fator de potência
A potência ativa é uma parcela da potência aparente, ou seja, ela representa uma porcentagem da potência aparente que é convertida em potência mecânica, térmica ou luminosa. Essa porcentagem é denominada de fator de potência.
Resumo
A tensão elétrica em um circuito gera o movimento ordenado dos elétrons, criando assim a corrente elétrica. A oposição ao fluxo de corrente é chamada de resistência elétrica e depende das características do material utilizado. A quantidade de elétrons e prótons em um material define se sua carga é positiva ou negativa. Cargas de sinais opostos se atraem e de sinais diferentes se repelem. A resistência é uma propriedade de um elemento eletrônico e a resistividade é uma propriedade de um material. A potência é a energia consumida ou fornecida pelos componentes do circuito. A porcentagem de potência dissipada é chamada de fator de potência.