Tensão, corrente e potência elétrica
É imprescindível que estudantes e profissionais da área da elétrica saibam o que são as grandezas elétricas básicas. Pensado nisso, separamos um guia completo sobre corrente, tensão e potência elétrica. Então, vamos lá pessoal!
A quantidade mais básica em um circuito elétrico é a carga elétrica. Todos já experimentaram o efeito da carga elétrica quando se tenta retirar uma blusa de lã e ela fica presa ao corpo, por exemplo.
Cargas de mesma polaridade (ou sinal) repelem uma à outra, enquanto cargas de polaridades opostas se atraem. Isso significa que todos os fenômenos elétricos são manifestações das cargas elétricas.
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As cargas elétricas têm polaridade: elas podem ser positivas (+) ou negativas (-)
A carga elétrica (Q) é uma propriedade da matéria responsável por fenômenos elétricos, medida em coulombs (C).
O símbolo de carga que adotado é Q ou q, a letra maiúscula é empregada para denotar cargas constantes e a letra minúscula para denotar cargas variáveis no tempo.
Esta nomenclatura envolvendo letras maiúsculas e minúsculas é estendida a todas as outras grandezas elétricas.
Sabemos da física básica que toda matéria é feita de blocos de construção fundamentais, conhecidos como átomos e que cada átomo é composto por elétrons, prótons e nêutrons.
Como os elétrons carregam cargas negativas, a carga transportada por um elétron é equivalente a -1,6 x 10 e-19. Um próton carrega o mesmo montante de carga, porém com polaridade positiva.
Um átomo eletricamente neutro é aquele que possui um número igual de elétrons e prótons.
Qualquer material ou corpo com excesso de elétrons está com carga negativa, enquanto qualquer material ou corpo com excesso de prótons (ou deficiência de elétrons) está com carga positiva.
Apesar de usarmos o coulomb como unidade de medida, o coulomb é uma unidade grande para as cargas. Em 1 C de carga, existem 6,24 x 10 e18 elétrons. Assim, valores práticos ou de laboratórios para as cargas são da ordem de pC, nC ou micro C.
Além disso, de acordo com observações experimentais, as cargas que ocorrem na natureza são múltiplos inteiros da carga de um elétron.
Outro ponto importante é que a lei da conservação de energia estabelece que a carga não pode ser criada nem destruída, apenas transferida. Assim, a soma algébrica das cargas elétricas em um sistema fechado não se altera.
O que é corrente elétrica?
Considerando agora o fluxo de cargas elétricas, quando um fio condutor constituído de trilhões de átomos é conectado a uma bateria ou outra fonte de força eletromotriz, as cargas são forçadas a se mover.
As cargas positivas movem-se em uma direção, enquanto as cargas negativas movem-se na direção oposta. Esse movimento de cargas cria uma corrente elétrica!
É convencionado adotar a direção da corrente como o movimento das cargas positivas, oposto ao fluxo das cargas negativas.
Assim, a corrente elétrica é a taxa de variação no tempo da quantidade de carga medida em Ampères (A).
Matematicamente, a relação entre corrente (I), carga (Q) e tempo t é vista na imagem abaixo.
Fórmula da corrente elétrica.
Existem vários tipos de corrente, uma vez que a carga pode variar no tempo de várias maneiras, representadas por diferentes tipos de funções matemáticas.
Se a corrente não varia com o tempo, diz-se que a corrente é contínua (CC), representada pelo símbolo I.
Uma forma comum de corrente contínua é a criada por uma bateria.
Uma corrente que varia com o tempo é conhecida pelo símbolo i. Uma forma comum de corrente é a corrente senoidal ou corrente alternada (CA).
Em geral, as correntes alternadas são correntes que periodicamente invertem a direção do fluxo de corrente.
Uma vez definida a corrente como movimento de cargas, esperamos que a corrente tenha um sentido de fluxo associado.
Como mencionado anteriormente, a direção da corrente é convencionalmente adotada como sendo a direção do movimento das cargas positivas.
Baseado nesta convenção, uma corrente pode ser positiva ou negativa.
O que é tensão elétrica?
Para mover um elétron em uma direção específica, exige-se algum trabalho ou transferência de energia.
Esse trabalho é realizado por uma força eletromotriz (fem) externa, tipicamente representada por uma bateria. Essa fem é também conhecida como diferença de potencial.
A tensão Vab entre dois pontos a e b de um determinado circuito é a energia, ou trabalho, necessária para mover uma carga Q do ponto a ao ponto b, dividida pela carga.
A fórmula da tensão elétrica pode ser vista abaixo.
Formula da tensão elétrica.
A tensão Vab , ou simplesmente V, é medida em volts (V) em homenagem ao físico italiano Alessandro Volta.
Assim, 1V de tensão, ou diferença de potencial, é a energia necessária para mover 1 coulomb de carga através de um elemento.
A tensão elétrica através de um elemento conectado entre os pontos a e b é mostrada na imagem abaixo.
Símbolo da tensão elétrica.
Os sinais positivo e negativo são utilizados para definir a polaridade da tensão.
O sinal positivo representa um potencial maior de tensão e o sinal negativo representa um potencial menor de tensão.
Por exemplo, se uma fonte de tensão com dois terminais, a e b, fornece uma diferença de potencial de 10V, os terminais podem possuir quaisquer valores desde que respeitem a diferença de 10V.
Como a corrente elétrica, uma tensão constante é chamada de tensão CC, enquanto uma tensão variando no tempo de forma senoidal é conhecida como tensão CA.
O que é potência elétrica?
Embora a tensão e corrente sejam duas variáveis básicas em um circuito elétrico, a entrada e a saída do circuito podem ser expressas em termos de potência e energia.
Para fins práticos, precisamos saber qual a potência que um dispositivo elétrico pode lidar.
Todos nós sabemos por experiência que uma lâmpada de 100 watts produz mais luminosidade que uma de 60 watts.
Sabemos também que quando pagamos a conta de energia para a concessionária estamos pagando pela energia consumida durante certo período de tempo.
Assim, potência e energia são conceitos importantes na análise de circuito.
Potência é a velocidade com que se consome ou se absorve energia medida em watts (W). Veja na imagem abaixo.
Formula da potência elétrica.
Desse modo, a potência absorvida ou fornecida por um elemento é o produto da tensão sobre esse elemento pela corrente que o percorre, como pode ser visto na imagem abaixo.
Formula da potência elétrica.
Se a potência tem um sinal positivo, ela está sendo fornecida ao elemento ou sendo consumida por ele. Se, por outro lado, a potência tem sinal negativo, ela está sendo fornecida pelo elemento.
A direção da corrente e a polaridade da tensão têm um papel importante na determinação do sinal da potência. Uma carga ou um elemento pode estar absorvendo ou fornecendo potência.
Quando a corrente entra no elemento pelo ponto de maior potencial, o elemento está absorvendo potência.
Por outro lado, se a corrente sai do ponto de maior potencial, o elemento está fornecendo potência.
A lei da conservação de energia tem que ser obedecida em um circuito elétrico. Por essa razão, a soma algébrica das potências no circuito, em qualquer instante de tempo, deve ser zero.
Isso confirma o fato de que a potência total fornecida ao circuito deve ser igual à potência total absorvida.
Assista o vídeo abaixo do canal Mundo da Elétrica para continuar aprendendo.
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