Lei de Ohm - Como a tensão, a corrente e a resistência se relacionam

A primeira, e talvez a mais importante, a relação entre corrente, tensão e resistência é chamada de Lei de Ohm, descoberta por Georg Simon Ohm e publicada em seu artigo de 1827, The Galvanic Circuit Investigated Mathematically.

Tensão, corrente e resistência

Um circuito elétrico é formado quando um caminho condutor é criado para permitir que a carga elétrica se mova continuamente. Este movimento contínuo de carga elétrica através dos condutores de um circuito é chamado de corrente , e é freqüentemente referido em termos de "fluxo", assim como o fluxo de um líquido através de um tubo oco.

A força que motiva os portadores de carga a "fluir" em um circuito é chamada de tensão . A tensão é uma medida específica de energia potencial que é sempre relativa entre dois pontos.

Quando falamos de uma certa quantidade de tensão presente em um circuito, estamos nos referindo à medição de quanto potencial a energia existe para mover os portadores de carga de um ponto particular naquele circuito para outro ponto particular. Sem referência a dois pontos específicos, o termo “tensão” não tem significado.

A corrente tende a se mover através dos condutores com algum grau de atrito ou oposição ao movimento. Esta oposição ao movimento é mais apropriadamente chamada de resistência . A quantidade de corrente em um circuito depende da quantidade de voltagem e da quantidade de resistência no circuito para se opor ao fluxo de corrente.

Assim como a tensão, a resistência é uma quantidade relativa entre dois pontos. Por esse motivo, as quantidades de tensão e resistência são freqüentemente declaradas como estando “entre” ou “entre” dois pontos em um circuito.

Unidades de medição:Volt, Amp e Ohm

Para poder fazer afirmações significativas sobre essas quantidades em circuitos, precisamos ser capazes de descrever suas quantidades da mesma maneira que podemos quantificar massa, temperatura, volume, comprimento ou qualquer outro tipo de quantidade física. Para a massa, podemos usar as unidades de “quilograma” ou “grama”.

Para a temperatura, podemos usar graus Fahrenheit ou graus Celsius. Aqui estão as unidades padrão de medida para corrente elétrica, tensão e resistência:







O “símbolo” dado para cada quantidade é a letra alfabética padrão usada para representar aquela quantidade em uma equação algébrica. Letras padronizadas como essas são comuns nas disciplinas de física e engenharia e são reconhecidas internacionalmente.

A “abreviatura da unidade” para cada quantidade representa o símbolo alfabético usado como uma notação abreviada para sua unidade particular de medida. E, sim, aquele símbolo de "ferradura" de aparência estranha é a letra grega maiúscula Ω, apenas um caractere em um estrangeiro alfabeto (desculpas a qualquer leitor grego aqui).

Cada unidade de medida tem o nome de um famoso experimentador de eletricidade:o amp depois do francês Andre M. Ampere, o volt depois do italiano Alessandro Volta, e do ohm depois do alemão Georg Simon Ohm.

O símbolo matemático para cada quantidade também é significativo. O “R” para resistência e o “V” para tensão são autoexplicativos, enquanto “I” para corrente parece um pouco estranho. Acredita-se que o "I" representa a "Intensidade" (do fluxo de carga), e o outro símbolo para tensão, "E", significa "Força eletromotriz". De acordo com as pesquisas que tenho feito, parece haver alguma controvérsia sobre o significado de “eu”.

Os símbolos “E” e “V” são intercambiáveis ​​na maior parte, embora alguns textos reservem “E” para representar a tensão em uma fonte (como uma bateria ou gerador) e “V” para representar a tensão em qualquer outra coisa.

Todos esses símbolos são expressos em letras maiúsculas, exceto nos casos em que uma quantidade (especialmente tensão ou corrente) é descrita em termos de um breve período de tempo (chamado de valor “instantâneo”). Por exemplo, a voltagem de uma bateria, que é estável por um longo período de tempo, será simbolizada com uma letra maiúscula "E", enquanto o pico de voltagem de um raio no mesmo instante em que atinge uma linha de energia provavelmente seria ser simbolizado por uma letra minúscula “e” (ou minúsculo “v”) para designar aquele valor como sendo em um único momento no tempo.

Essa mesma convenção em minúsculas também vale para a corrente, a letra minúscula “i” representando a corrente em algum instante no tempo. A maioria das medições de corrente contínua (DC), entretanto, sendo estáveis ​​ao longo do tempo, serão simbolizadas com letras maiúsculas.

Coulomb e carga elétrica

Uma unidade básica de medição elétrica frequentemente ensinada no início dos cursos de eletrônica, mas raramente usada depois, é a unidade do coulomb , que é uma medida de carga elétrica proporcional ao número de elétrons em um estado desequilibrado. Um coulomb de carga é igual a 6.250.000.000.000.000.000 de elétrons.

O símbolo para a quantidade de carga elétrica é a letra maiúscula "Q", com a unidade de coulombs abreviada pela letra maiúscula "C" Acontece que a unidade de fluxo de corrente, o amp, é igual a 1 coulomb de carga que passa por um determinado ponto de um circuito em 1 segundo de tempo. Nesses termos, a corrente é a taxa de movimento da carga elétrica através de um condutor.

Como afirmado antes, a tensão é a medida de energia potencial por unidade de carga disponível para motivar o fluxo atual de um ponto a outro. Antes de definirmos com precisão o que é um "volt", devemos entender como medir essa quantidade que chamamos de "energia potencial". A unidade métrica geral para energia de qualquer tipo é o joule , igual à quantidade de trabalho realizado por uma força de 1 newton exercida por um movimento de 1 metro (na mesma direção).

Em unidades britânicas, isso é um pouco menos do que 3/4 libra de força exercida a uma distância de 1 pé. Colocando em termos comuns, leva cerca de 1 joule de energia para levantar um peso de 3/4 libra 1 pé do chão, ou para arrastar algo a uma distância de 1 pé usando uma força de tração paralela de 3/4 libra. Definido nesses termos científicos, 1 volt é igual a 1 joule de energia potencial elétrica por (dividido por) 1 coulomb de carga. Assim, uma bateria de 9 volts libera 9 joules de energia para cada coulomb de carga movida por um circuito.

Tornar-se-á muito importante saber essas unidades e símbolos para grandezas elétricas à medida que começamos a explorar as relações entre eles nos circuitos.

Equação da Lei de Ohm

A principal descoberta de Ohm foi que a quantidade de corrente elétrica através de um condutor de metal em um circuito é diretamente proporcional à voltagem impressa nele, para qualquer temperatura. Ohm expressou sua descoberta na forma de uma equação simples, descrevendo como a tensão, a corrente e a resistência se relacionam:







Nesta expressão algébrica, a tensão (E) é igual à corrente (I) multiplicada pela resistência (R). Usando técnicas de álgebra, podemos manipular esta equação em duas variações, resolvendo para I e para R, respectivamente:

Analisando circuitos simples com a lei de Ohm

Vamos ver como essas equações podem funcionar para nos ajudar a analisar circuitos simples:







No circuito acima, existe apenas uma fonte de tensão (a bateria, à esquerda) e apenas uma fonte de resistência à corrente (a lâmpada, à direita). Isso torna muito fácil aplicar a Lei de Ohm. Se conhecermos os valores de quaisquer duas das três grandezas (tensão, corrente e resistência) neste circuito, podemos usar a Lei de Ohm para determinar a terceira.

Neste primeiro exemplo, vamos calcular a quantidade de corrente (I) em um circuito, dados os valores de tensão (E) e resistência (R):







Qual é a quantidade de corrente (I) neste circuito?







Neste segundo exemplo, vamos calcular a quantidade de resistência (R) em um circuito, dados os valores de tensão (E) e corrente (I):







Qual é a quantidade de resistência (R) oferecida pela lâmpada?







No último exemplo, calcularemos a quantidade de tensão fornecida por uma bateria, dados os valores de corrente (I) e resistência (R):







Qual é a quantidade de tensão fornecida pela bateria?

Técnica do Triângulo da Lei de Ohm

A Lei de Ohm é uma ferramenta muito simples e útil para analisar circuitos elétricos. É usado com tanta frequência no estudo da eletricidade e da eletrônica que precisa ser memorizado pelo estudante sério. Para aqueles que ainda não estão confortáveis ​​com álgebra, há um truque para lembrar como resolver para qualquer quantidade, dados os outros dois.

Primeiro, organize as letras E, I e R em um triângulo assim:







Se você conhece E e I, e deseja determinar R, apenas elimine R da imagem e veja o que resta:







Se você conhece E e R e deseja determinar I, elimine I e veja o que resta:







Por último, se você conhece I e R e deseja determinar E, elimine E e veja o que resta:







Eventualmente, você terá que estar familiarizado com álgebra para estudar seriamente eletricidade e eletrônica, mas esta dica pode tornar seus primeiros cálculos um pouco mais fáceis de lembrar. Se você se sente confortável com álgebra, tudo que você precisa fazer é memorizar E =IR e derivar as outras duas fórmulas quando precisar delas!



REVER:

• A tensão é medida em volts , simbolizado pelas letras “E” ou “V”.
• A corrente é medida em amperes , simbolizado pela letra “I”.
• A resistência é medida em ohms , simbolizado pela letra “R”.
• Lei de Ohm:E =IR; I =E / R; R =E / I

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• Planilha de leis de Ohm
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