Georg Ohm descobriu que, a uma temperatura constante, a corrente eléctrica que flui através de uma resistência linear fixa é directamente proporcional à tensão aplicada através dela, e também inversamente proporcional à resistência. Esta relação entre a Voltagem, Corrente e Resistência forma a base da Lei de Ohms e é mostrada abaixo.
Ohms Law Relationship
Conhecendo quaisquer dois valores das quantidades de Voltagem, Corrente ou Resistência podemos usar a Lei de Ohms para encontrar o terceiro valor em falta. A Lei de Ohms é usada extensivamente em fórmulas e cálculos electrónicos, pelo que é “muito importante compreender e recordar com precisão estas fórmulas”.
Para encontrar a Voltagem, ( V )
V (volts) = I (amps) x R (Ω)
Para encontrar a Corrente, ( I )
I (amps) = V (volts) ÷ R (Ω)
Para encontrar a Resistência, ( R )
R (Ω) = V (volts) ÷ I (amps)
É por vezes mais fácil recordar esta relação da lei Ohms utilizando imagens. Aqui as três quantidades de V, I e R foram sobrepostas num triângulo (carinhosamente chamado o Triângulo da Lei de Ohms) dando voltagem no topo com corrente e resistência abaixo. Esta disposição representa a posição real de cada quantidade dentro das fórmulas da lei Ohms.
Ohms Law Triangle
Transposição da equação padrão da lei de Ohms acima dar-nos-á as seguintes combinações da mesma equação:
Então, usando a Lei de Ohms podemos ver que uma tensão de 1V aplicada a uma resistência de 1Ω fará fluir uma corrente de 1A e quanto maior for o valor da resistência, menor será a corrente que fluirá para uma dada tensão aplicada. Qualquer dispositivo ou componente eléctrico que obedeça à “Lei Ohms” ou seja, a corrente que flui através dele é proporcional à tensão através dele ( I α V ), tais como resistências ou cabos, são ditos “Ohmic” na natureza, e os dispositivos que não o são, tais como transístores ou díodos, são ditos dispositivos “Não-Ohmic”.
Energia eléctrica em circuitos
Energia eléctrica, ( P ) num circuito é a taxa a que a energia é absorvida ou produzida dentro de um circuito. Uma fonte de energia como uma voltagem produzirá ou fornecerá energia enquanto a carga conectada a absorve. As lâmpadas e aquecedores de luz, por exemplo, absorvem energia eléctrica e convertem-na em calor, ou luz, ou ambos. Quanto mais alto for o seu valor ou classificação em watts, mais energia eléctrica é susceptível de consumir.
O símbolo de quantidade de energia é P e é o produto da tensão multiplicada pela corrente, sendo a unidade de medida o Watt ( W ). Os prefixos são utilizados para designar os vários múltiplos ou sub-múltiplos de um watt, tais como: milliwatts (mW = 10-3W) ou quilowatts (kW = 103W).
Então, usando a lei de Ohm e substituindo os valores de V, I e R, a fórmula para energia eléctrica pode ser encontrada como:
Para encontrar a Potência (P)
P (watts) = V (volts) x I (amps)
Também:
P (watts) = V2 (volts) ÷ R (Ω)
Também:
P (watts) = I2 (amps) x R (Ω)
Again, as três quantidades foram sobrepostas num triângulo desta vez chamado Triângulo de Potência com potência na parte superior e corrente e voltagem na parte inferior. Mais uma vez, esta disposição representa a posição real de cada quantidade dentro das fórmulas de potência da lei Ohms.
O Triângulo de Poder
e novamente, a transposição da equação básica da Lei de Ohms acima para poder dá-nos as seguintes combinações da mesma equação para encontrar as várias quantidades individuais:
Assim, podemos ver que existem três fórmulas possíveis para calcular a energia eléctrica num circuito. Se a potência calculada for positiva, (+P) em valor para qualquer fórmula, o componente absorve a potência, ou seja, consome ou utiliza energia. Mas se a potência calculada for negativa, (-P) em valor o componente produz ou gera energia, por outras palavras, é uma fonte de energia eléctrica tal como baterias e geradores.
Capacidade de potência eléctrica
Os componentes eléctricos recebem uma “potência nominal” em watts que indica a taxa máxima a que o componente converte a energia eléctrica em outras formas de energia tais como calor, luz ou movimento. Por exemplo, uma resistência de 1/4W, uma lâmpada de 100W, etc.
Dispositivos eléctricos convertem uma forma de energia noutra. Assim, por exemplo, um motor eléctrico irá cobrir a energia eléctrica numa força mecânica, enquanto um gerador eléctrico converte a força mecânica em energia eléctrica. Uma lâmpada eléctrica converte energia eléctrica em luz e calor.
Também, sabemos agora que a unidade de potência é o WATT, mas alguns dispositivos eléctricos, tais como motores eléctricos, têm uma classificação de potência na antiga medida de “potência em cavalo” ou hp. A relação entre a potência em cavalos e os watts é dada como: 1hp = 746W. Assim, por exemplo, um motor de dois cavalos tem uma potência nominal de 1492W, (2 x 746) ou 1,5kW.
Ohms Law Pie Chart
Para nos ajudar a compreender um pouco mais a relação entre os vários valores, podemos pegar em todas as equações da Lei de Ohm de cima para encontrar Tensão, Corrente, Resistência e, claro, Potência e condensá-las num simples gráfico da Lei de Ohms para utilização em circuitos e cálculos CA e CC, como mostrado.
Ohms Law Pie Chart
As well as using the Ohm’s Law Pie Chart shown above, podemos também colocar as equações individuais da Lei de Ohm numa tabela matricial simples, como mostrado para referência fácil ao calcular um valor desconhecido.
Tabela da Matriz da Lei de Ohm
Ohms Lei Exemplo Nº1
Para o circuito mostrado abaixo encontrar a Voltagem (V), a Corrente (I), a Resistência (R) e o Poder (P).
Tensão = 2 x 12Ω = 24V
Corrente = 24 ÷ 12Ω = 2A
Resistência = 24 ÷ 2 = 12 Ω
P>Energia = 24 x 2 = 48W
P>Energia dentro de um circuito eléctrico só está presente quando AMBOS estão presentes tensão e corrente. Por exemplo, numa condição de circuito aberto, a tensão está presente mas não há fluxo de corrente I = 0 (zero), portanto V*0 é 0, portanto a potência dissipada dentro do circuito também deve ser 0. Do mesmo modo, se tivermos uma condição de curto-circuito, o fluxo de corrente está presente mas não há tensão V = 0, portanto 0*I = 0, portanto novamente a potência dissipada dentro do circuito é 0.
Como a energia eléctrica é o produto de V*I, a potência dissipada num circuito é a mesma quer o circuito contenha alta tensão e baixa corrente ou baixa tensão e alto fluxo de corrente. Geralmente, a energia eléctrica é dissipada sob a forma de Calor (aquecedores), Trabalho Mecânico como motores, Energia sob a forma de radiação (Lâmpadas) ou como energia armazenada (Baterias).
Energia eléctrica em circuitos
Energia eléctrica é a capacidade de trabalho, e a unidade de trabalho ou energia é o joule ( J ). A energia eléctrica é o produto da potência multiplicada pelo tempo em que foi consumida. Assim, se soubermos quanta energia, em Watts está a ser consumida e o tempo, em segundos, pelo qual é utilizada, podemos encontrar a energia total utilizada em watt-segundos. Por outras palavras, Energia = potência x tempo e Potência = voltagem x corrente. Portanto, a energia eléctrica está relacionada com a energia e a unidade dada para a energia eléctrica é o watt-seconds ou joules.
Energia eléctrica também pode ser definida como a taxa pela qual a energia é transferida. Se um joule de trabalho for absorvido ou entregue a uma taxa constante de um segundo, então a potência correspondente será equivalente a um watt para que a potência possa ser definida como “1Joule/seg = 1Watt”. Podemos então dizer que um watt é igual a um joule por segundo e a potência eléctrica pode ser definida como a taxa de realização do trabalho ou a transferência de energia.
Triângulo de potência e energia eléctrica
ou para encontrar as várias quantidades individuais:
Dissemos anteriormente que a energia eléctrica é definida como sendo watts por segundo ou joules. Embora a energia eléctrica seja medida em Joules, pode tornar-se um valor muito grande quando usada para calcular a energia consumida por um componente.
Por exemplo, se uma lâmpada de 100 watt for deixada “ligada” durante 24 horas, a energia consumida será de 8.640.000 Joules (100W x 86.400 segundos), pelo que são utilizados prefixos como kilojoules (kJ = 103J) ou megajoules (MJ = 106J) e neste exemplo simples, a energia consumida será de 8,64MJ (mega-joules).
Mas lidando com joules, kilojoules ou megajoules para expressar energia eléctrica, a matemática envolvida pode acabar com alguns grandes números e muitos zeros, pelo que é muito mais fácil expressar a energia eléctrica consumida em Kilowatt-hora.
Se a energia eléctrica consumida (ou gerada) for medida em watts ou quilowatts (milhares de watts) e o tempo for medido em horas e não em segundos, então a unidade de energia eléctrica será o quilowatt-hora,(kWhr). Então a nossa lâmpada de 100 watt acima consumirá 2.400 watt horas ou 2,4kWhr, o que é muito mais fácil de compreender os 8.640.000 joules.
1 kWhr é a quantidade de electricidade utilizada por um dispositivo avaliado em 1000 watts numa hora e é normalmente chamada de “Unidade de Electricidade”. Isto é o que é medido pelo contador de electricidade e é o que nós, como consumidores, compramos aos nossos fornecedores de electricidade quando recebemos as nossas contas.
Kilowatt-hora são as unidades de energia padrão utilizadas pelo contador de electricidade nas nossas casas para calcular a quantidade de energia eléctrica que utilizamos e, portanto, quanto pagamos. Assim, se ligarmos um fogo eléctrico com um elemento de aquecimento avaliado em 1000 watts e o deixarmos ligado durante 1 hora, teremos consumido 1 kWhr de electricidade. Se ligar dois fogos eléctricos com 1000 watts cada um durante meia hora, o consumo total seria exactamente a mesma quantidade de electricidade – 1kWhr.
Então, consumir 1000 watts durante uma hora utiliza a mesma quantidade de energia que 2000 watts (o dobro) durante meia hora (metade do tempo). Depois, para uma lâmpada de 100 watts utilizar 1 kWhr ou uma unidade de energia eléctrica, teria de ser ligada durante um total de 10 horas (10 x 100 = 1000 = 1kWhr).
Agora que sabemos qual é a relação entre tensão, corrente e resistência num circuito, no próximo tutorial relacionado com os Circuitos CC, analisaremos as Unidades Eléctricas Padrão utilizadas na engenharia eléctrica e electrónica para nos permitir calcular estes valores e ver que cada valor pode ser representado por múltiplos ou sub-múltiplos da unidade padrão.
