Toda área do conhecimento tem algo que podemos considerar como sendo o seu santo graal, pois bem, quando o assunto é eletrônica temos o que chamamos de Lei de Ohm.
E por que isto ocorre? A resposta é simples, seja em qualquer projeto do trivial ao mais complexo tais condições sempre estão presentes podendo assim ser demonstradas através de formulações matemáticas.
Logo neste artigo discutiremos sobre a Lei de Ohm e como a mesma é aplicada nos mais diversos tipos de projetos.
Estejam cientes que o foco deste artigo é a aplicação em projetos eletrônicos, logo no momento não vou me aprofundar em fórmulas e conceitos cobrados em disciplinas de energia e elétrica do ensino superior.
1. Georg Simon Ohm
A lei de ohm foi estudada e desenvolvida pelo físico alemão Georg Simon Ohm (1789-1854) o qual diz que que para um condutor mantido à temperatura constante, a razão entre a tensão e a corrente elétrica entre dois pontos é constante, sendo esta constante então chamada de resistência elétrica.
2. Uma Abstração em Relação a Tensão, Resistência e Corrente Elétrica
Para se entender a lei de ohm, precisamos definir formalmente o que é tensão, corrente e resistência elétrica. Mas para alguém que não está familiarizado com tais termos, a definição pode ser um tanto quanto difícil de se compreender.
Por esta razão quero antes estimular um pouco a imaginação de vocês. Como todos sabemos, os materiais são formados por átomos que por sua vez contém os elétrons. O que vocês precisam ter em mente é que o que chamamos de corrente elétrica (Amp) nada mais é do que a circulação destes elétrons no circuito o que pode ser visto na cor verde na imagem abaixo.
Porém tais partículas não são capazes de se movimentar de forma ordenada no circuito de forma espontânea e por esta razão precisamos adicionar algo que literalmente empurre tais partículas em uma unica direção, a esse objeto damos o nome de tensão elétrica e pode ser obtida através de baterias por exemplo, estando representada na cor amarela (Volt).
Por fim, precisamos de algo que seja capaz de controlar a velocidade dessas partículas, pois caso contrario as mesmas circulariam “em sua velocidade máxima” o que pode gerar um superaquecimento do nosso material vindo assim a queimar o equipamento, sendo que o componente responsável por esse controle é o resistor (Ohm).
Perceba como a tensão (volt), corrente (ampere) e resistência (ohm) se relacionam entre si, basta uma alteração em qualquer uma destas grandezas que de imediato as outras também irão alterar o seu valor. A está relação de dependência entre tais grandezas físicas damos o nome de Lei de Ohm.
3. Formalizando a Tensão, Resistência e Corrente Elétrica
Agora que temos um entendimento mais abstrato, podemos formalizar o que de fato é tensão, resistência e corrente elétrica. Em futuros artigos vou detalhar melhor esses tópicos, mas no momento pretendo ao menos fornecer uma definição séria do que se trata tais grandezas.
A Tensão elétrica também conhecida como diferença de potencial, nada mais é do que a diferença em energia potencial elétrica por unidade de carga elétrica entre dois pontos. Sua unidade de medida é o volt em homenagem ao físico italiano Alessandro Volta.
A Corrente elétrica é o fluxo ordenado de partículas portadoras de carga elétrica dentro de um condutor quando existe uma diferença de potencial elétrico entre as extremidades. Sua unidade de medida é dada em ampere em homenagem a André-Marie Ampère.
Por fim a Resistência elétrica é a capacidade de um corpo qualquer se opor à passagem de corrente elétrica mesmo quando existe uma diferença de potencial aplicada. Sua unidade de medida é dada em ohms em homenagem ao físico alemão Georg Simon Ohm.
4. A Fórmula da Lei de Ohm
A fórmula é extremamente simples e nos permite calcular a tensão, corrente e resistência elétrica bastando apenas algumas simples manipulações algébricas. As imagens abaixo descrevem bem como as fórmulas devem ser escritas.
5. Simulação
Abaixo estou disponibilizando uma simulação da PhET Interactive Simulations a qual demostra com perfeição a relação entre a tensão, resistência e corrente elétrica associados a Lei de Ohm.
6. Aplicação no Circuito
Vamos ver agora dois exemplos de circuitos reais envolvendo a Lei de Ohm.
Acima temos 2 circuitos simples mas que exemplificam bem a fórmula, no primeiro circuito temos uma bateria de seis volts, um led e um resistor de 200 Ohms. Tenha em mente que o resistor tem como objetivo limitar a corrente elétrica de tal forma a não superaquecer e danificar o circuito.
Uma informação importante a se saber é que em geral a queda de tensão sobre os leds de 0.5 mm pode variar de 2 a 2.5 volts assim como sua corrente que em média corresponde a 20 mA. Vou escrever um artigo a fim de explicar melhor isso, mas por hora podemos assumir esses valores.
Vamos então calcular qual o resistor ideal para o circuito!
Primeiro precisamos calcular qual a queda de tensão sobre o resistor, para isso basta subtraímos a tensão da fonte pela tensão do led.
Agora fica a duvida! Porque fiz isso?
Pois bem, entenda que a tensão total da fonte de alimentação é dividida entre os componentes do circuito, isto é, dos 6 volts total parte desse valor fica no led e outra parte fica no resistor. Como já sabemos a tensão do led, o valor restante é o que ficará sobre o resistor, dai sai o resultado de 4 volts.
Formalmente, esses cálculos derivam da Lei de Kirchhoff, que diz que a soma das correntes que chegam em um nó é igual a soma das correntes que saem do mesmo.
Agora que sabemos a queda de tensão sobre o resistor podemos calcular o valor do resistor, para isso faremos uso do valor da corrente de operação do led o qual já foi informado anteriormente.
Pronto, acabamos de utilizar a lei de ohm a fim de calcular o resistor ideal para o circuito.
Já no segundo circuito ao invés de um led temos um motor comumente utilizado em projetos de robótica com Arduino ligado a uma bateria de 9 volts e um resistor de 50 Ohms.
Vamos supor que realizei um teste com o multímetro e descobrimos que a queda de tensão no resistor é de aproximadamente 6 volts. Qual o valor da corrente elétrica que o motor está consumindo?
Para isso basta utilizarmos a fórmula da lei de ohm e realizarmos o seguinte cálculo:
Perceba como a aplicação é a mesma do circuito anterior, mas agora estamos fornecendo uma corrente e tensão maiores ao se tratar de um motor elétrico.
7. Potência Elétrica
Existe outra relação importante que também podemos utilizar uma vez que sabemos a Lei de Ohm, todo componente eletrônico consome uma determinada quantidade de energia a qual pode ser percebida na forma de dissipação de calor, a essa propriedade dados o nome de potência elétrica e pode ser obtida através do produto da tensão pela corrente elétrica.
Sendo:
- P => Potência
- U => Tensão
- i => Corrente
Em outras palavras, a potência elétrica nada mais é do que a quantidade de trabalho realizada por unidade de tempo. Talvez essa seja a grandeza elétrica mais perceptível para quem nunca trabalhou com eletrônica, pois é ela que mensura por exemplo a capacidade do seu chuveiro, ferro de passar ou qualquer outro equipamento de gerar calor.
Como exemplo vamos calcular o consumo de potência dos resistores dos circuitos acima:
1º Circuito (LED)
No primeiro circuito temos um resistor de 200Ω o qual sofre uma queda de tensão de 4V e circula uma corrente de 20 mA. O que resulta em uma potência dissipada de 80 mW de acordo com a fórmula abaixo.
2º Circuito (Motor)
Já no segundo circuito temos um resistor de 50Ω o qual sofre uma queda de tensão de 6V e circula uma corrente de 120 mA. Dessa forma de acordo com a fórmula abaixo temos uma potência dissipada de 720mW.
Mas onde esses valores de potência é aplicado no final de contas?
Entenda a potência como calor gerado, isso quer dizer que quanto maior a potência mais o componente irá aquecer e por sua vez irá precisar de um invólucro maior a fim de dissipar esse calor sem se danificar.
Perceba na imagem abaixo a diferença entre alguns tipos de resistores e seus valores máximos de potência suportado:
Qualquer dúvida deixe um comentário abaixo. Como em qualquer área do conhecimento tudo tem um ponto de inicio e pode ficar tão complexo quanto você esteja disposto a estudar. Logo no futuro vou publicar diversos outros artigos com conteúdos mais específicos, porém lembre-se que tudo começa por aqui!
Até os próximos artigos 🙂
8. Referências
https://pt.wikipedia.org/wiki/Lei_de_Ohm
http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/matematica-para-eletronica/1965-lei-de-ohm.html
https://pt.wikipedia.org/wiki/Georg_Simon_Ohm
https://pt.wikipedia.org/wiki/Corrente_el%C3%A9trica
https://pt.wikipedia.org/wiki/Tens%C3%A3o_el%C3%A9trica
https://pt.wikipedia.org/wiki/Resist%C3%AAncia_el%C3%A9trica
https://pt.wikipedia.org/wiki/Pot%C3%AAncia_el%C3%A9trica
