Nesta unidade temática, você vai aprender

• Conceitos  de resistência  elétrica;

• Associação  de resistores;

• Circuitos  elétricos;

• Energia  elétrica.

ELETRODINÂMICA

CORRENTE ELÉTRICA

É definida como sendo o fluxo orientado de elétrons livres em um condutor. Em outras palavras é a quantidade de carga que atravessa a área da secção transversal do condutor em um intervalo de tempo.

A unidade da corrente elétrica é  Ampère A, 

 A representação geométrica é mostrada na Figura 1. 

Essa organização do movimento dos elétrons se deve à aplicação de uma DIFERENÇA DE POTENCIAL, nas extremidades do condutor, DDP, o que significa a energia que cada carga deve receber para realizar um trabalho, ou seja um deslocamento dentro de um condutor. DDP é medida em VOLTS(V), e também conhecida como tensão ou voltagem. O seu símbolo é U. 

Quanto à forma pode ser:

Corrente contínua (CC)

É a corrente que mantém a mesma intensidade do fluxo, mesma direção e sentido. A maioria dos equipamentos eletrônicos residenciais funciona com corrente contínua, como indica a Figura 2.   

A área desse gráfico fornece a quantidade de carga que passa pelo condutor no intervalo de tempo.

As fontes de corrente contínua são todos os tipos de baterias.

Corrente Alternada (CA)

É a corrente que oscila em um intervalo de tempo, invertendo sua fase e variando o seu módulo, como mostra a Figura 3.

A fonte de corrente alternada é a própria rede elétrica com uma frequência 60 Hz, ou seja, oscila sessenta vezes segundo. 

Quanto ao sentido pode ser

Corrente Real

Representa o movimento dos elétrons livres do condutor de um potencial menor, para um maior, ou seja, contra o sentido do campo elétrico estabelecido.

Corrente Convencional

Representa o movimento dos “prótons” do condutor de um potencial maior, para um menor, ou seja, a favor do sentido do campo elétrico estabelecido.

Na prática, os prótons não se movem, e essa convenção pode ser feita pelo fato de o próton e o elétron possuírem o mesmo módulo de carga. Então, pode-se fazer a analogia de que quando um elétron se desloca em um sentido um próton se desloca em sentido oposto.

O sentido da corrente elétrica adotado no Brasil é o convencional, ou seja, do positivo para o negativo.

RESISTÊNCIA ELÉTRICA

Representa a oposição, a passagem dos elétrons pela estrutura da rede cristalina dos elétrons do material.

Ou seja, é a dificuldade encontrada pelas partículas (e-), para atravessarem um condutor. Quanto maior a dificuldade, mais energia eles perdem.

A resistência pode ser definida pela razão entre a DDP aplicada e a corrente elétrica gerada, e pode ser dada pela equação 2.

Isso significa que a intensidade da corrente aumenta conforme a voltagem se eleva, mas diminui quando a resistência aumenta seu valor.

Seus valores são expressos em ohms, unidade de medida de resistência, assim denominada em homenagem ao cientista alemão. Então, a unidade de resistência  é o OHM (1𝛺)   , o  que significa : 

A resistência elétrica pode ser determinada levando-se em consideração as características do condutor, como área (A),  comprimento ( L )  e tipo de material. Essa relação é dada pela equação 3. 

Onde:  L é o comprimento do condutor, A  área de sua seção transversal e 𝜌 a sua resistividade, isto é,  a resistência apresentada por unidade métrica do material de que o condutor é feito. Cada material possui um determinado valor de resistividade, e essa propriedade passou a ser aplicada posteriormente na criação dos dispositivos chamados resistências, usados em aparelhos como chuveiros e ferros de passar elétricos. 

POTÊNCIA ELÉTRICA

A potência elétrica é uma grandeza muito importante em eletricidade e representa a energia perdida pelos elétrons ao passarem por uma resistência em função do tempo. Ela é representada pela equação 4:

Adequando-se a equação 4 para as grandezas de eletricidade, tem-se a equação 5: 

Que também pode ser escrita como a equação 6: 

A unidade de potência é o W (Watt), 

 Em eletricidade, é muito usual trabalhar o tempo em horas e a potência em kW (quilowatts), com isso a energia elétrica pode ser medida em kWh. 1𝑘𝑊ℎ = 3,6 𝑥 106  𝐽 

CIRCUITO ELÉTRICO

É qualquer dispositivo que permita a passagem da corrente elétrica. Deve conter, no mínimo, uma bateria (para fornecer energia), uma resistência (para dissipar energia), e fios de conexão, como mostra a Figura 4.

ASSOCIAÇÃO DE RESISTORES

Geralmente, tem-se que trabalhar com mais de uma resistência, então temos que associá-las (somá-las).

Associação de resistores em Série

A corrente possui somente um caminho a percorrer. Todos os elétrons que entram no circuito têm que passar por todos os resistores, como mostra a Figura 5.

Onde

• R1, R2 e R3, resistências;

• A, pólo positivo da bateria;

• B, pólo negativo da bateria.

As características de um circuito, assim, são: 

A corrente em todos os resistores é a mesma. O potencial total do circuito é a soma das quedas dos potenciais em cada resistência, e a resistência total ou equivalente é a soma das resistências parciais. 

Associação de resistores em Paralelo

A corrente possui dois ou mais caminhos para percorrer. A corrente que vinha por um único caminho ao chegar em um nó se divide, inversamente proporcional às resistências dos caminhos a percorrer, como mostra a Figura 6.

A corrente total é a soma de cada corrente que passa em cada resistor. O potencial total do circuito é igual em todas as resistências, pois cada uma está ligada diretamente à bateria. A resistência total ou equivalente é a soma dos inversos das resistências parciais. 

Quando se tem apenas duas resistências, a resistência equivalente pode ser dada por: 

Quando temos várias resistências iguais, a resistência equivalente pode ser dada, por:

Associação de resistores Mista

Quando uma associação apresentar partes em série e partes em paralelo, simultaneamente, como na Figura 7.

Para chegar à resistência equivalente, deve-se iniciar a resolver pela parte que apresenta resistores com as mesmas características: em série a mesma corrente e em paralelo a mesma diferença de potencial, sem importar a posição deles no circuito. 

EXEMPLO

Três lâmpadas iguais são ligadas em série. Quando se aplica uma certa d.d.p. a essa combinação, a potência consumida é 120W. Que potência seria dissipada se a mesma d.d.p. fosse aplicada a essas lâmpadas, caso elas estivessem ligadas em paralelo?

• 1º) Em série:

Tem-se  uma resistência  R, para  cada lâmpada, o que nos dá uma resistência equivalente  de 3R.

• 2º) Em paralelo, tem-se a resistência equivalente R/3,  e  a  nova potência P’ é dada por:

 Sendo a ddp a mesma, tem-se:  

𝑃′𝑅/3 = 360𝑅 ; 𝑃′ = 1080 𝑊