Os circuitos elétricos são onipresentes em nossas vidas cotidianas. Desde os complexos circuitos integrados que controlam o dispositivo em que você está lendo este artigo até a fiação que permite ligar e desligar uma lâmpada em sua casa, toda a sua vida seria radicalmente diferente se você não estivesse cercado por circuitos em todos os lugares você vai.

Mas a maioria das pessoas não aprende muito sobre como os circuitos funcionam e as equações bastante simples - como a lei de Ohm - que explicam as relações entre os principais conceitos como resistência elétrica, tensão e corrente elétrica. No entanto, aprofundar-se um pouco mais na física da eletrônica pode fornecer uma visão muito mais profunda das regras básicas subjacentes à tecnologia mais moderna.
O que é a lei de Ohm?

A lei de Ohm é uma das equações mais importantes quando se trata de entender circuitos elétricos, mas se você quiser entendê-lo, precisará de uma boa compreensão dos conceitos básicos que ele vincula: tensão
, corrente
e resistência
. A lei de Ohm é simplesmente a equação que descreve a relação entre essas três quantidades para a maioria dos condutores.

Tensão é o termo mais comumente usado para a diferença de potencial elétrico entre dois pontos, e fornece o "empurrão" que permite que a eletricidade carga para se mover em torno de um circuito condutor.

O potencial elétrico é uma forma de energia potencial, como a energia potencial gravitacional, e é definido como a energia potencial elétrica por unidade de carga. A unidade SI para tensão é o volt (V) e 1 V \u003d 1 J /C, ou um joule de energia por coulomb de carga. Às vezes, também é chamada força eletromotriz
ou EMF.

Corrente elétrica é a taxa de fluxo de carga elétrica após um determinado ponto de um circuito, que possui a unidade SI do ampere (A) , em que 1 A \u003d 1 C /s (um coulomb de carga por segundo). Ele vem na forma de corrente contínua (CC) e corrente alternada (CA), e embora a CC seja mais simples, os circuitos CA são usados para fornecer energia à maioria das famílias em todo o mundo, porque é mais fácil e seguro transmitir em longas distâncias.

O conceito final que você precisa entender antes de enfrentar a lei de Ohm é a resistência, que é uma medida da oposição ao fluxo de corrente em um circuito. A unidade SI para resistência é o ohm (que usa a letra grega ômega, Ω), onde 1 Ω \u003d 1 V /A.
Equação da lei de Ohm

O físico alemão Georg Ohm descreveu a relação entre tensão , corrente e resistência em sua equação de mesmo nome. A fórmula da lei de Ohm é:
V \u003d IR

onde V
é a diferença de tensão ou potencial, I
é a quantidade de corrente e resistência R
é a quantidade final.

A equação pode ser reorganizada de maneira simples para produzir uma fórmula para calcular a corrente com base na tensão e resistência, ou resistência com base na corrente e na tensão. Se você não se sente confortável em reorganizar as equações, pode procurar o triângulo da lei de Ohm (consulte Recursos), mas é bastante simples para qualquer pessoa familiarizada com as regras básicas da álgebra.

Os pontos-chave que a equação da lei de Ohm mostra que a tensão é diretamente proporcional à corrente elétrica (portanto, quanto maior a tensão, maior a corrente), e essa corrente é inversamente proporcional à resistência (portanto, quanto maior a resistência, menor a corrente).

Você pode usar a analogia do fluxo de água para lembrar os pontos principais, que são baseados em um tubo com uma extremidade no topo de uma colina e uma extremidade na parte inferior. A voltagem é como a altura da colina (uma colina mais íngreme e alta significa mais voltagem), o fluxo atual é como o fluxo de água (a água flui mais rapidamente em uma colina mais íngreme) e a resistência é como o atrito entre as laterais do tubo e a água (um tubo mais fino cria mais atrito e reduz a velocidade do fluxo de água, como uma maior resistência ao fluxo de corrente elétrica).
Por que a lei de Ohm é importante?

A lei de Ohm é de vital importância descrever circuitos elétricos porque relaciona a tensão à corrente, com o valor da resistência moderando a relação entre os dois. Por causa disso, você pode usar a lei de Ohm para controlar a quantidade de corrente em um circuito, adicionando resistores para reduzir o fluxo de corrente e retirando-os para aumentar a quantidade de corrente.

Também pode ser estendido para descrever energia elétrica (a taxa de fluxo de energia por segundo), porque a potência P \u003d IV, e você pode usá-la para garantir que seu circuito forneça energia suficiente para, por exemplo, um aparelho de 60 watts.

Para estudantes de física , a coisa mais importante sobre a lei de Ohm é que ela permite analisar diagramas de circuitos, especialmente quando você as combina com as leis de Kirchhoff, que seguem a seguir.

A lei de tensão de Kirchhoff afirma que a tensão cai em torno de qualquer o circuito de um circuito é sempre igual a zero, e a lei atual afirma que a quantidade de corrente que flui para uma junção ou nó de um circuito é igual à quantidade que sai dela. Você pode usar a lei de Ohm com a lei de tensão em particular para calcular a queda de tensão em qualquer componente de um circuito, o que é um problema comum colocado nas aulas de eletrônica.
Exemplos de leis de Ohm

Você pode usar a lei de Ohm para encontrar qualquer quantidade desconhecida das três, desde que você conheça as outras duas quantidades para o circuito elétrico em questão. O trabalho de alguns exemplos básicos mostra como isso é feito.

Primeiro, imagine que você tem uma bateria de 9 volts conectada a um circuito com uma resistência total de 18 Ω. Quanta corrente flui quando você conecta o circuito? Reorganizando a lei de Ohm (ou usando um triângulo), você pode encontrar:
\\ begin {alinhado} I &\u003d \\ frac {V} {R} \\\\ &\u003d \\ frac {9 \\ text {V}} {18 \\ text {Ω}} \\\\ &\u003d 0,5 \\ text {A} \\ end {alinhado}

Portanto, 0,5 amperes de corrente fluem pelo circuito. Agora imagine que essa é a quantidade perfeita de corrente para um componente que você deseja alimentar, mas você só possui uma bateria de 12V. Quanta resistência você deve adicionar para garantir que o componente obtenha a quantidade ideal de corrente? Novamente, você pode reorganizar a lei de Ohm e resolvê-la para encontrar a resposta:
\\ begin {alinhado} R &\u003d \\ frac {V} {I} \\\\ &\u003d \\ frac {12 \\ text {V}} {0,5 \\ text {A}} \\\\ &\u003d 24 \\ text {Ω} \\ end {alinhado}

Portanto, você precisaria de um resistor de 24 Ω para completar seu circuito. Finalmente, qual é a queda de tensão através de um resistor de 5 Ω em um circuito com 2 A de corrente fluindo através dele? Desta vez, a forma padrão V \u003d IR da lei funciona perfeitamente:
\\ begin {align} V &\u003d IR \\\\ &\u003d 2 \\ text {A} × 5 \\ text {Ω} \\\\ &\u003d 10 \\ texto {V} \\ end {alinhado} Resistores ôhmicos e não ôhmicos

Você pode usar a lei de Ohm em uma enorme variedade de situações, mas há limitações à sua validade - não é uma lei verdadeiramente fundamental de física. A lei descreve uma relação linear entre tensão e corrente, mas essa relação só é válida se o resistor ou o elemento do circuito resistivo com o qual você estiver trabalhando tiver uma resistência constante sob tensão diferente V
e corrente I
valores.

Os materiais que obedecem a essa regra são chamados de resistores ôhmicos e, embora a maioria dos problemas de física envolva resistores ôhmicos, você estará familiarizado com muitos resistores não-ômicos da sua vida cotidiana.

Uma lâmpada é um exemplo perfeito de um resistor não-ôhmico. Quando você faz um gráfico de V
vs. I para resistores ôhmicos, ele mostra uma relação completamente linear, mas se você fizer isso para algo como uma lâmpada, a situação muda . À medida que o filamento na lâmpada esquenta, a resistência da lâmpada aumenta, o que significa que o gráfico se torna uma curva e não uma linha reta, e a lei de Ohm não se aplica.