O site disponibiliza um ebook que trata da Lei de Ohm e Kirchhoff.
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além de apresentar uma teoria introdutória.
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Este capítulo consta dos itens abaixo. Caso queira ir direto a algum item, clique nele.
A Lei de Ohm é um princípio fundamental na eletricidade que descreve a relação entre tensão, corrente e resistência em um circuito elétrico.
Segundo a primeira lei de Ohm, a corrente que flui através de um condutor entre dois pontos é diretamente proporcional à tensão aplicada e
inversamente proporcional à resistência do condutor. Matematicamente, isso é expresso pela equação eq. 10-01.
eq. 10-01
Onde o significado das variáveis são:
V - é a tensão elétrica, medida em volts
I - é a corrente elétrica, medida em ampéres
R - é a resistência elétrica, medida em ohms
A segunda Lei de Ohm relaciona a resistência de um
material com suas propriedades físicas e a resistividade, que é uma característica do material. Essa lei é expressa pela eq. 10-02.
eq. 10-02
Onde o significado das variáveis são:
R - é a resistência elétrica, medida em ohms
ρ - é a resistividade elétrica do material, medida em ohms.metro
A - é a área transversal do condutor, medido em metro2
L - é o comprimento do condutor, medido em metro
Estas leis são essenciais para o entendimento e o cálculo de circuitos elétricos,
permitindo prever o comportamento dos componentes sob diferentes condições de operação.
Ao analisar um circuito elétrico básico, como o representado na Figura 10-01, é essencial compreender o comportamento da
corrente elétrica e a distribuição da tensão. Em um circuito série com uma fonte de tensão e dois resistores, a tensão total
fornecida pela fonte é dividida entre os resistores. A queda de tensão em cada resistor é proporcional à sua resistência,
de acordo com a Lei de Ohm. A corrente, seguindo o sentido convencional, flui do potencial mais alto para o mais baixo,
o que significa que ela sai do polo positivo da fonte de tensão, passa pelos resistores, e retorna ao polo negativo.
Este conceito é fundamental para o entendimento de circuitos mais complexos e para a realização de análises e cálculos
precisos em eletrônica e eletrotécnica.
Figura 10-01
Repare na Figura 10-01, que o sentido da corrente no circuito é indicado pela
seta verde
e a polaridade da queda de tensão nos resistores, pelos sinais + e - .
No lado do resistor
onde a corrente entra será sempre a polaridade positiva da queda
de tensão sobre a mesma.
Como resultado desta convenção temos o princípio fundamental da Lei de Kirchhoff (estudada no capítulo 13 ) para circuitos elétricos.
A lei das tensões de Kirchhoff afirma que a soma algébrica das diferenças de potencial elétrico em um laço fechado é
igual a zero. Isso significa que, em um circuito série, a tensão total fornecida pela fonte é distribuída entre os
componentes do circuito. Portanto, a soma das quedas de tensão individuais nos resistores é igual à tensão total da
fonte. Assim, podemos prever o comportamento dos componentes do circuito sob diferentes condições de carga.
Matematicamente, podemos escrever conforme a eq. 10-03.
Um circuito muito conhecido e usado em elétrica é o chamado divisor de tensão resistivo. É uma configuração simples
de componentes elétricos fundamental que utiliza dois ou mais
resistores conectados em série. A principal função desse circuito é dividir a tensão de entrada em tensões menores,
proporcionais às resistências dos componentes. A tensão de saída é
determinada pela relação entre a resistência sobre a qual se deseja calcular a queda de tensão e a resistência total da
série. Veja a Figura 10-04, onde mostramos dois resistores
em série e queremos calcular a queda de tensão sobre o resistor R2.
Figura 10-02
Uma das maneiras de calcular esta queda de tensão é, primeiramente, calcular a corrente
elétrica que circula pelo circuito. Posteriormente, multiplicamos pelo valor de
R2 e assim, encontramos o valor da tensão sobre R2.
No circuito acima, chamamos esta tensão de Vab. Repare que na equação eq. 10-04
mostrada abaixo, temos exatamente este cálculo. Aparece
V/ (R1 + R2) como sendo o valor da corrente que circula no circuito.
No numerador da fração aparece R2. Desta forma, quando multiplicamos a
corrente elétrica que circula no circuito pelo valor de R2,
estamos calculando o valor de Vab. Mas, devemos perceber que (R1 + R2) é a
resistência equivalente do circuito. Então, no lado direito temos a equação simplificada.
eq. 10-04
Perceba como é fácil calcular um divisor de tensão resistivo. E se estivermos
interessados em calcular a queda de tensão sobre R1? Ora, nada mais simples.
Bastaria trocar no numerador, R2 por R1. Fácil, não?
A eq. 10-05 mostra a forma generalizada para "n" resistores em série.
Observe que no numerador consta R2. Neste caso, estamos calculando
a queda de tensão sobre R2. Assim, se fosse outro resistor no
numerador, por exemplo R3, então estaríamos calculando a queda de
tensão sobre R3. É claro que, neste caso, deveríamos ter um circuito
com pelo menos três resistores em série.
eq. 10-05
A escolha dos valores de resistência é crucial para o funcionamento adequado do circuito.
Resistores com valores incorretos podem resultar em tensões de saída inadequadas, que podem danificar componentes
ou fornecer leituras imprecisas. Existem calculadoras online que podem auxiliar no cálculo dos valores de resistência
necessários para obter a tensão de saída desejada. Também é importante considerar a potência dissipada pelos resistores,
pois resistores subdimensionados podem superaquecer e falhar.
Esse tipo de circuito é
amplamente utilizado em eletrônica para criar níveis de tensão específicos necessários para componentes sensíveis,
como sensores e microcontroladores, garantindo que recebam a tensão adequada para seu funcionamento correto.
Além disso, os divisores de tensão são usados para medições de tensão, pois permitem que tensões mais altas sejam
medidas com segurança por instrumentos que não conseguem medir tensões elevadas.
Por outro lado,
divisores de tensão são úteis para ler níveis de tensão analógicos em microcontroladores, como o Arduino, onde a tensão de
saída do divisor pode ser mapeada para um valor digital correspondente.
Em resumo, o divisor de tensão resistivo é uma ferramenta versátil para ser usado, permitindo a adaptação
de tensões para uma ampla gama de aplicações,
garantindo a segurança e eficiência dos componentes eletrônicos.
Outro circuito de uso frequente em eletricidade é o chamado divisor de corrente
resistivo. Em que consiste este circuito? Basicamente é um circuito formado por
dois ou mais resistores em paralelo, de tal forma que queremos calcular a corrente elétrica
que circula por um determinado resistor do circuito.
Veja na Figura 10-03 onde estamos mostrando três resistores
em paralelo e queremos calcular a corrente elétrica sobre o resistor R3.
Figura 10-03
Fique atento para o fato que em um circuito paralelo a tensão elétrica é a mesma
em qualquer resistor do circuito. Isso é uma característica fundamental dos
circuitos paralelos e difere dos circuitos em série, onde a tensão se divide entre os componentes.
Dessa forma, essa tensão é o produto entre a
corrente elétrica total que circula no circuito e a resistência equivalente
do paralelo.
Portanto, para calcular a corrente em qualquer resistor basta dividir a
tensão pelo valor do resistor. É isso que mostra a eq. 10-06. Nessa equação,
temos que o produto I Req representa a tensão à qual o resistor
R3 está submetido.
eq. 10-06
Como nosso objetivo era calcular a corrente pelo resistor R3, então no
denominador aparece R3. Se desejarmos a corrente em qualquer outro resistor
basta dividir por seu respectivo valor.
Observação
Caso o circuito possua somente dois resistores em paralelo, a eq. 10-06 pode ser simplificada. Suponhamos que
temos interesse em calcular a corrente que circula por
R1. Nesse caso, o valor do resistor que vai no numerador é R2, ou seja, o resistor
por onde não temos interesse em calcular a corrente.
E no denominador é colocado a soma dos dois resistores. Veja a eq.10-07 para maiores esclarecimentos.
eq. 10-07
Veja uma aplicação prática dessa equação no problema 10-02Clicando aqui!
