Baixe Entenda as unidades elétricas e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Elétrica, somente na Docsity!
Corrente, tensão e potência: entenda as unidades elétricas
Neste artigo, indicado aos que ainda fazem confusões entre as grandezas como corrente,
tensão e potência, procuramos de uma forma simples eliminar as dúvidas que ainda
possam existir.
É comum vermos profissionais utilizarem de forma completamente errada as grandezas elétricas, confundindo tensão, corrente e potência. Quem já não ouviu um profissional “competente” dizer que tal aparelho funciona com uma “corrente” de 110 V ou coisa semelhante?
Para um estudante de eletrônica que faça tal afirmação, o mínimo que se recomenda é um zero ou um bom castigo!
Mesmo alguns que já não fazem este tipo de citação podem, às vezes, ter dúvidas que demonstram que a confusão relativa a corrente, tensão e também potência persiste em muitos casos.
É o caso de alguns leitores que estranham de que modo uma fonte que fornece uma tensão de 12 V de saída sob corrente de 2 ampères no máximo, tem sua entrada protegida por um fusível de apenas 500 mA, colocado na linha de 110 V.
Tentando tirar definitivamente as dúvidas dos leitores e evitar algumas confusões preparamos este artigo que, certamente, não serve para os engenheiros e técnicos de alto nível atualizados, a não ser para aqueles que andam um pouco esquecidos ou desejam reciclar conhecimentos (o que sempre é bom).
Corrente e tensão
Uma corrente é um fluxo de cargas elétricas. Elétrons livres que se movem num fio de cobre formam uma corrente elétrica. A medida dessa corrente é feita em função da quantidade de elétrons ou cargas que passam por um ponto desse fio em cada instante, conforme mostra a figura 1.
Figura 1 - Medida da corrente elétrica
Quanto mais cargas passarem por este ponto, maior será a intensidade da corrente.
Dizemos cargas e não simplesmente elétrons, pois conforme sabemos, a corrente pode ser obtida quando elétrons livres se movimentam num sentido, caso de um metal, ou com lacunas em sentido oposto, a exemplo num semicondutor do tipo P.
Para medir esta corrente a unidade usada é o ampère (A).
Um ampère (1 A) corresponde a uma quantidade de cargas equivalente a 1 coulomb (1 C) passando por um ponto de um condutor em cada segundo.
Levando em conta que cada elétron (ou lacuna) tem uma carga de 1,6 x 10 elevado a -19 coulombs, podemos ter uma idéia de quantos elétrons estão se movendo num fio e passando por um certo trecho dele quando uma corrente de 1 A está sendo conduzida.
Se os leitores pensam que a velocidade desses elétrons é muito grande, estão enganados. É neste ponto que entra então o conceito de tensão. Como um fluxo de água em um encanamento, a eletricidade precisa ser “empurrada” por uma força externa. A ação externa responsável por isso é justamente a tensão.
Assim, temos diversas formas de expressar essa força externa:
Uma delas é tomar mos como referência a diferença de pressão que existe entre as extremidades de um fio, por onde se estabelece a corrente, conforme ilustra a figura 2.
Figura 2 - Diferença de pressão
É como se tivermos um reservatório de água a 10 metros de altura e estabelecermos um fluxo de água por um cano com a saída em 5 metros de altura.
A diferença entre os níveis ou pressões da água é 5 metros, conforme exibe a figura 3.
Para a eletricidade podemos ter a caixa de água num “potencial” de 10 volts e a extremidade do fio num “potencial” de 5 volts, de modo que a diferença de potencial ou ddp será de 5 volts.
Em outras palavras, podemos indicar como causa para a circulação de uma corrente a diferença de potencial entre as extremidades de um fio ou circuito.
Uma outra maneira é sempre expressar a pressão que podemos ter num encanamento de água tomando como referência, por exemplo, o nível do mar, veja analogia elétrica na figura 4.
Figura 4 - Nível de referência equivalente ao nível do mar
Fazendo assim, não precisaremos saber qual é o potencial em que se encontra cada extremidade do fio.
Podemos simplesmente dizer que o potencial ou tensão no fio é de tantos volts, referindo-nos à força disponível para empurrar a corrente e considerando que a outra extremidade se encontra no nível de referência ou zero, observe a figura 5.
Figura 5 - Tensão positiva irá provocar uma corrente em um sentido e a tensão em sentido contrário Figura 3 - Diferença entre os níves de água Veja então que enquanto a tensão é a causa do movimento das cargas, a corrente é o efeito, ou seja, o movimento dessas cargas.
Sem tensão não há circulação de corrente, se bem que se possa manifestar uma tensão sem haver corrente.
Entre os pólos de uma pilha, por exemplo, manifesta-se uma diferença de potencial, ou seja, existe a possibilidade da pilha aplicar uma tensão em um circuito.
No entanto, só haverá corrente no momento em que for ligado aos pólos da pilha um meio ou circuito por onde a corrente possa fluir.
Em uma tomada de energia existe uma “tensão” de 110 V, mas corrente só irá existir no momento em que algum aparelho for ligado a esta tomada.
Corrente X tensão = potência
Um fato importante que todo o praticante de eletrônica deve ter em mente é que não se pode criar energia a partir do nada.
O segundo é que as perdas que ocorrem num fio dependem de sua resistência, e também da corrente.
Uma corrente mais intensa significa que num mesmo percurso temos perdas de energia maiores.
Vamos dar um exemplo numérico:
Suponhamos que para o chuveiro que em 110 volts exige uma corrente de 20 ampères, tenhamos de usar um fio que apresente uma resistência de 1 ohm, conforme ilustra a figura 7.
Figura 7 - Perda de potência na fiação do chuveiro
A queda de tensão ser dada por:
V = R x I
Onde:
V é a queda de tensão no fio, ou seja, a “diminuição” da tensão no circuito em volts. R é a resistência do fio em ohms I é a intensidade da corrente em ampères V = 1 x 20 V = 20 volts
Veja então que, no chuveiro teremos apenas 90 volts em lugar dos 110 aplicados, pois 20 volts “se perdem” nos fios.
A potência que esses 20 volts representam também é preocupante:
P =V x I
Onde:
P é a potência dissipada no fio em watts V é a queda de tensão no fio em volts I é a intensidade de corrente em ampères
P = 20 x 20 P = 400 watts
Ora, esses 400 watts perdidos na instalação vão se transformar em calor, aquecendo os fios o que realmente é preocupante!
Se usarmos 220 V no mesmo chuveiro, mesmo com uma instalação que tenha 1 ohm, as coisas mudam. Lembramos que neste caso, para obter os 2 200 watts a corrente será de 10 ampères.
V = R x I V = 1 x 10 V = 10 volts
A queda de tensão será de 10 volts apenas, o que quer dizer que em lugar de 220 V no chuveiro, teremos 210 volts. A potência perdida no fio e dissipada na forma de calor será:
P =V x I P = 10 x 10 P = 100 watts
As perdas são bem menores, neste caso, e conseqüentemente o aquecimento da instalação.
Este é o motivo pelo qual damos preferência às tensões mais elevadas quando devemos alimentar circuitos de altas potências, ou transmitir energia elétrica por meio de fios longos.
Um outro caso importante que envolve as duas grandezas, tensão e corrente, ocorre em um transformador ou numa fonte de alimentação, conforme exibe a figura 8.
Figura 8 - Relação entre entrada e saída em um transformador
Se a fonte fornece 12 V com corrente máxima de 1 ampère, e na entrada a tensão aplicada é de 120 volts, qual será a corrente que circula pelo circuito de entrada?
Supondo que essa fonte tenha um rendimento próximo de 100%, isso significa que a potência do circuito de entrada será a mesma do circuito de saída. No circuito de saída a potência será:
P =V x I
P = 12 x 1 P = 12 watts (12 volts sob 1 ampère)
Na entrada teremos a mesma potência: 12 watts.
A corrente será então:
I = P/V I = 12/ I = 0,1 A
Veja então que a corrente será de apenas 0,1 A ou 100 mA.
Um fusível de 500 mA pode ser empregado nesta fonte, protegendo o circuito de entrada, mesmo levando-se em conta que sua saída é de 1A.
Múltiplos e submúltiplos
Para as unidades que vimos é comum usarmos múltiplos e submúltiplos para expressar ou valores muito grandes ou muito pequenos. A seguir, damos os múltiplos e sub-múltiplos mais usados:
a) Corrente
Unidade: ampère (equivale a passagem de uma carga de 1 coulomb por segundo por um ponto de um condutor) Abreviação: A
