Associação de Resistores

Como o valor da resistência de um resistor é padronizado, nem sempre é possível obter certos valores de resistência. Associanado-se convenientemente resistores entre si, podemos obter o valor que quizermos. Chama-se de resistor equivalente a um resistor que pode susbstituir uma associação de resistores, sem que o resto do circuito note diferença. Uma outra aplicação para a associação de resistores é uma divisão de uma tensão, ou a divisão de uma corrente.

Associação Série

Resistores estão em série quando a corrente que passa por um resistor for a mesma que passa pelos outros, mas a tensão total se divide entre eles. Assim, a soma dos valores de suas tensões será igual à tensão total.

Assim, para determinar o valor da resistência equivalente, basta somar as resistências dos resistores da associação. Vale lembrar que a corrente vai ser a mesma em todos os resistores se a tensão for a mesma.

Associação Paralela

Em uma associação paralela, a tensão em todos os resitores é a mesma, é a corrente que se divide. Assim, a soma dos valores da corrente em cada resistor será igual à corrente total.

Assim, para determinar o valor da resistência equivalente, basta fazer a soma dos inversos das resistências dos resistores da associação.

Resistor Fixo de Carvão - Estrutura

Como os resistores de filme de carvão são os componentes mais usados em circuitos elêtrônicos, vamos procurar caracterizá-los um pouco mais. São construídos a partir de um cilindro de procelana, sobre o qual é depositada uma fina camada de carvão. Em seguida, faz sulcos helicoidais na superfície do carvão, de forma a se obter o valor correspondente de resistência e coloca-se os terminais de contato. A distância entre os sulcos e sua profundidade é que determinarão a resistência a resistência do condutor. A última etapa do processo, é a clocação de uma isolante, envolvendo o corpo do resistor, e a colocação de faixas coloridas as quais, através de um código, dão o valor da resistência do resistor.

Esta forma de especificar o valor da resistência pode, a príncipio, parecer trabalhosa, e você pode estar pensando por que simplesmente não escrever no corpo do resistor o valor da resistência. Antigamente, o valor da resistência vinha impresso no corpo do resistor, porém dois problemas im pediam a continuação desta forma de se dar esta informação: primeiro, esta forma não era muito segura, pois com o tempo perdia-se (apagava-se) parte do número ou o número inteiro; segundo, com o avanço da eletrônica houve a diminuição do tamanho dos componentes, de forma que ficava cada vez mais difícil a leitura do valor da resistência nesta forma. A codificação através de faixas coloridas resolveu esses problemas. Com o tempo você familiarizará com o código de cores, portanto nada de pânico.

A leitura do valor nominal (valor impresso) da resistência de um resistor deve ser feita como na figura abaixo:

Observe que as três faixas, que indicam o valor nominal, estão mais afastadas da quarta faixa, que indica a tolerância.

Os valores nominais de resistência são padronizados, isto é, não é possível encontrar qualquer valor de resistência. De uma forma geral, os valores comerciais (1º e2º algarismo significativos) mais comuns são: 10-12-15-18-22-27-33-39-47-56-68-82. Esses valores que aparentemente não têm nenhuma lógica, cobrem toda a faixa de valores possíveis, considerando uma tolerância de 20%. Para tolerâncias menores é possível encontrar outros valores.

Resistores

São bipolos passivos que têm a finalidade de apresentar resistência elétrica entre dois pontos de um circuitos, ou seja, tem a função que causar uma queda de tensão no circuito. normalmente são construídos com materiais que obedecem à primeira lei de Ohm. Os materiais mais usados na construção de resistores são: o carbono (grafite), algumas ligas como o constantan e a manganina e mesmo metais.
Vale ressaltar a diferença entre resistor e resistência. Resistor é o componente eletrônico e resistência é o fenômeno físico.
Com relação ao valor da resistência que apresentam, podem ser fixos ou variáveis.
Os fixos podem ser película de carvão, de metal e de fio.

Os variáveis são constituídos de um elemento resistivo (filme de carvão ou fio) no qual desliza um contato móvel. Este contato móvel está preso a um eixo (no caso do resistor de carvão) e quanto ao resistor de fio, movimenta-se diretamente este contato móvel (cursor). Girando o eixo ou movimento o cursor, variamos a resistência entre um dos terminais e o terminal móvel. As figuras abaixo mostram um resistor variável de película de carvão e um resistor variável de fio. A diferença principal entre o dois está na maior capacidade de corrente do resistor de fio.

Já um potenciômetro, é um resistor variável, utilizado como divisor de tensão. Atualmente, este termo é usado para designar qualquer resistor de resistência variável.

Variação da Resistividade com a Temperatura

Nos metais, o aumento na temperatura aumenta a vibração dos átomos, isto é, aumenta a dificuldade que os elétrons livres encontram para passar por entre os átomos, diminuindo a sua mobilidade. Nestas condições, a resistividade do metal é incrementada.

A variação da resistividade, em função da variação da temperatura, é dada pela equação:

onde:

Δθ = θf – θi = variação de temperatura (°C)

θi = temperatura inicial do condutor (°C)

θf = temperatura final do condutor (°C)

α é uma constante cujo valor só depende do material considerado, chamada coeficiente de temperatura

Supondo que as dimensões do condutor não variam sensivelmente com a temperatura, a variação da resistência do condutor segue a mesma lei que a da resistividade.

 

Rf é a resistência na temperatura θf

Ri é a resistência na temperatura θi

A tabela abaixo dá o valor do coeficiente de temperatura de alguns materiais:

Da tabela podemos observar que existem alguns materiais que têm coeficiente de temperatura negativo, isto significa que aumentando a temperatura, a resistência diminuirá, é o caso típico dos semicondutores.

A aplicação principal deste conceito (variação da resistência com a temperatura) é na construção de termômetros de resistência e de dispositivos chamados de PTC (Coeficiente de Temperatura Positivo) e NTC (Coeficiente de Temperatura Negativo), de larga aplicação na instrumentação e controle.

Leis de OHM

Primeira Lei de OHM

Em um condutor que está sendo percorrido por uma corrente elétrica, os elétrons ao longo do seu percurso pelo condutor, sofrerão uma oposição à sua passagem. A medida desta oposição é dada por uma grandeza chamada de resistência elétrica (R).

O valor da resistência elétrica depende do tipo de condutor considerado (ferro, cobre, alumínio, etc), da agitação térmica dos átomos e das dimensões do condutor.

Georg Ohm verificou experimentalmente, que a relação entre tensão aplicada em determinados condutores e a intensidade da corrente correspondente era uma constante, qualquer que fosse a tensão. A essa constante ele chamou de resistência elétrica (R). Isto é, um condutor que tem uma resistência de 1Ω deixa passar uma corrente de 1A, ao ser submetido a uma tensão de 1V. Se a tensão dobrar, a corrente também dobrará, mas a resistência permanecerá constante.

Os condutores que apresentam esse comportamento são chamados de ôhmicos.

Genericamente podemos escrever:

R = U/I     ou     U = R.I     ou     I = U/R

A unidade de resistência elétrica é chamada de Ohm (Ω).

1Ω = 1V/A

Segunda Lei de OHM

A segunda lei de OHM relaciona a resistência de um condutor com suas dimensões e com o material de que é feito.

Se considerarmos dois condutores de mesmo comprimento, feitos do mesmo material, mas de seções transversais diferentes, veremos que a resistência do primeiro material vai ser maior do que a do segundo, já que os elétrons do primeiro apresentam menos espaços para percorrer, passando de forma mais estreita em relação ao segundo condutor. Portanto, quanto maior a seção transversal, maior é a facilidade da passagem da corrente elétrica, o que é inversamente proporcional à resistência.

Consideremos agora dois condutores de mesma seção transversal, feitos do mesmo material, mas de comprimento diferentes. Veremos que a resistência do primeiro condutor será maior em relação ao segundo, pois os elétrons do primeiro vão ter que percorrer mais distância em relação aos elétrons do segundo. Portanto, quanto maior o comprimento do material, maior será a resistência.

Finalmente, consideremos dois condutores de mesmas dimensões, feitas de materiais diferentes. No caso, um dos condutores é de ouro e outro é de ferro. Verifica-se experimentalmente que o condutor de ouro apresenta uma resistência menor, por apresentar mais elétrons livres do que o ferro.

Na expressão R = (ρ.L)/S, ρ (rô) é uma constante física cujo valor depende do material de que é feito o condutor, chamada de resistividade.

A unidade de resistividade é obtida da equação, pois sendo ρ = (R.S)/L resulta:

O inverso da resistividade é chamado condutividade (σ)

σ = 1/ρ

desta forma, a equação da segunda lei de Ohm pode ser escrita por:

A tabela a seguir dá a resistividade de alguns materiais na temperatura de 20°C.

Bipolos Elétricos

Chamamos de bipolo elétrico a todo dispositivo elétrico com dois terminais acessíveis. Os bipolos podem ser geradores e receptores.

Um bipolo gerado é um dispositivo elétrico que transforma algum tipo de energia em energia elétrica. Ex: pilha, bateria, dínamo, etc. Os bipolos receptores transformam energia elétrica em outro tipo de energia. Por exemplo: lâmpada (energia luminosa), motor elétrico (energia mecânica), chuveiro (energia térmica), etc.

Em um bipolo, tensão e corrente são representadas por setas convenientemente orientadas. Nas figuras abaixo estão indicadas as convenções de polaridade para bipolo gerador e bipolo receptor:

Observe que, fixada a orientação da tensão e da corrente em um bipolo, se invertermos o sentido da tensão ou da corrente, em relação àquela orientação, a tensão ou a corrente passa a ser negativa.

Grandezas Elétricas

Tensão Elétrica

Chamada também de d.d.p.( diferença de potencial ) ou força eletromotriz é respnsável por gerar a corrente elétrica( fluxo ordenado de elétrons ) em um gerador, onde um dos pólos tem excesso de elétrons (pólo negativo) e o outro tem falta de elétrons (polo positivo), o que origina a d.d.p (desnível elétrico). Portanto, o polo positivo atrae as cargas negativas do polo oposto gerando a corrente. Um aparelho elétrico só funciona quando se cria uma diferença de potencial entre os pontos em que estiver ligado para que as cargas possam se deslocar.

Sua unidade de medida é o volt, o nome é homenagem ao físico italiano Alessandro Volta. É dado pela expressão:

no qual:

R = Resistência (ohms)

I = Intensidade da corrente (amperes)

V = Diferença de potencial ou tensão (volts)

Corrente Elétrica

A corrente elétrica é um fluxo de elétrons que circula por um condutor quando entre suas extremidades houver uma diferença de potencial. A corrente elétrica é definida como corrente elétrica real (sentido do movimento dos elétrons) e corrente elétrica convencional (consiste no movimento de cargas positiva. 

     

Vamos explicar a corrente elétrica a partir de um condutor metálico (um fio elétrico por exemplo). Dentro desses condutores há muitos elétrons livres descrevendo um movimento caótico, sem direção determinada. Ao aplicar-se uma diferença de potencial entre dois pontos do metal (ligando as pontas do fio a uma bateria, por exemplo), estabelece-se um campo elétrico interno e os elétrons passam a se movimentar numa certa ordem, constituindo assim a corrente elétrica.

A corrente elétrica é definida como a razão entre a quantidade de carga que atravessa certa secção transversal (corte feito ao longo da menor dimensão de um corpo) do condutor num intervalo de tempo. A unidade de medida é o Coulomb por segundo (C/s), chamado de Ampère (A) no SI em homenagem ao físico e matemático francês André-Marie Ampère (1775-1836). É dado pela razão da tensão com a resistência.

Resistência Elétrica

É a capacidade de um corpo qualquer se opor à passagem de corrente elétrica pelo mesmo, quando existe uma diferença de potencial aplicada. Seu cálculo é dado pela Lei de Ohm e é medida em ohms. Quando uma corrente elétrica é estabelecida em um condutor metálico, um número muito elevado de elétrons livres passa a se deslocar nesse condutor. Nesse movimento, os elétrons colidem entre si e também contra os átomos que constituem o metal. Portanto, os elétrons encontram uma certa dificuldade para se deslocar, isto é, existe uma resistência à passagem da corrente no condutor. Para medir essa resistência, os cientistas definiram uma grandeza que denominaram resistividade elétrica e é dado por: 

Fatores que influenciam na resistividade de um material:

• A resistividade de um condutor é tanto maior quanto maior for seu comprimento.
• A resistividade de um condutor é tanto maior quanto menor for a área de sua seção transversal, isto é, quanto mais fino for o condutor.
• A resistividade de um condutor depende do material de que ele é feito.
• 
  
  
  A resistividade de um condutor depende da temperatura na qual ele se encontra.
  
  

  Potência Elétrica

  É uma grandeza elétrica que mede a rapidez com que a energia elétrica é transformada em outro tipo de energia. Define-se potência como a razão da energia elétrica transformada com o intervalo de tempo.
  

  

  Considere então um dispositivo que esteja participando de um circuito elétrico. Esse dispositivo é chamado de bipolo e possui dois terminais, um por onde a corrente entra e outro por onde a corrente sai. Pilhas e lâmpadas são exemplos de bipolos.

  Para a corrente passar por esse bipolo, é necessário que seja estabelecida uma diferença de potencial (U) nos seus terminais, ou seja, uma tensão. Sabendo-se o valor dessa tensão e o valor da corrente que flui pelo bipolo, podemos calcular o valor da potência elétrica através da formula mostrada no quadro abaixo:

  
  

  

  
  

  EXEMPLOS PRÁTICOS: 

  
  
  

  Que corrente será produzida com uma tensão de 12 volts aplicada a uma resistência de 3Ω?

  Resolução: 

  
  
  

  Aplicando a fórmula da corrente elétrica, descobrimos o seu valor.

  I = V/R ; I = 12/3 =4 ampéres

  
  

  Qual a potência aplicada em uma resistência de 4Ω a uma tensão de 16 volts?

  Resolução:

  
  
  

  Como P = V.I  e não se sabe o valor da corrente, faz-se:

  P = V.(V/R);   P = V²/R;   P = 16²/4;   P = 256/4;   P = 64 watts