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
  

Tipos de eletrização

Eletrização

Eletrizar um corpo significa colocar ou retirar elétrons dele. As principais maneiras de se eletrizar um corpo são: por atrito, por contato e por indução.

Eletrização por atrito

O atrito entre dois corpos de materiais diferentes e isolantes, inicialmente neutros, é a maneira de fazer com que eles se aproximem bastante para que os átomos de um possam interagir com os átomos do outro. Perderá elétrons o átomo que exercer menor força sobre eles. Assim os dois corpos ficam eletrizados com carga de mesmo valor absoluto e sinais opostos (um com carga negativa e outro com carga positiva): diferentes materiais possuem diferentes afinidades por elétrons.

A eletrização por atrito é local, isto é, os corpos ficam eletrizados só por pontos de contato. Observa-se que a quantidade de carga adquirida pelos corpos é igual em módulo, e mais ainda, neste tipo de eletrização, é necessário que os corpos sejam de materiais diferentes e isolantes.

Eletrização por contato

Considere duas esferas condutoras A e B, uma eletrizada (A) e outra neutra (B).
Ao colocarmos a esfera A, positivamente carregada, em contato com a esfera B, aquela atrai parte dos elétrons de B, por causa da diferença de potencial. Assim, A continua eletrizada positivamente( com falta de elétrons), mas com uma carga menor, e B, que estava neutra, fica eletrizada com carga positiva.
E se um corpo eletrizado negativamente (com excesso de elétrons) é encostado em outro, neutro, parte de seus elétrons passará para este, que também ficará eletrizado negativamente, isso é explicado também por causa da diferença de potencial.
Essa é a maneira mais simples de se eletrizar um corpo. Quando dois corpos são encostados ou ligados por fios, pode haver a passagem de elétrons de um para o outro. Para que se realize esse tipo de eletrização, os corpos e os fios devem ser condutores, e nunca isolantes.
Neste tipo de eletrização, vale a lei da conservação das cargas e os corpos ficam com cargas elétricas de mesmo sinal. E se os corpos forem condutores idênticos, as cargas distribuirão igualmente entre eles.

Eletrização por indução

Na eletrização por contato e por atrito, deve existir o contato físico entre corpos, havendo a transferência de cargas de um corpo para o outro. Na eletrização por indução, não haverá contato físico entre os corpos, mas os corpos devem ser condutores, como na eletrização por contato. Consideremos a sequência de eventos:

a) Ao aproximarmos os dois corpos, a influência das cargas negativas do corpo A nos elétrons livres do corpo B.

b) Sem afastar os corpos, vamos ligar a extremidade negativa de B à terra. A terra pode ser considerada uma esfera condutora de raio infinitivamente grande, em relação aos objetos que estão na sua superfície, como o potencial de uma esfera é dado por V=K.Q/R, o potencial da terra é sempre constante e igual a zero.

Como passa a existe uma d.d.p entre o corpo B e a terra, haverá um deslocamento de elétrons do corpo A para a terra. Esse cessa quando o potencial da extremidade ligada à terra igualar ao dela. Observe que não descem todos os elétrons livres do corpo B, pois as cargas positivas na extremidade mais próxima de A também exercem influência nos elétrons livres de B. O que importa é que elétrons livres descem para a terra, deixando o corpo B com falta de elétrons.

c) Sem afastar os corpos, cortemos a ligação à terra. O condutor B estará com falta de elétrons, portanto eletrizado positivamente.

E no final desta eletrização, o corpo A continuará com a mesma carga inicial e a carga obtida por B foi fornecida pela terra.

Como um condutor se torna isolante e vice-versa

Um condutor se torna isolante com o aumento da temperatura, que aumenta a vibração dos átomos, dificultando a passagem dos elétrons livres entre os átomos, diminuindo a sua mobilidade. Nestas condições, a resistividade do metal é incrementada.
Um isolante se torna condutor com a elevação da temperatura, que enfraquece a ligação do núcleo com os elétrons fazendo com que eles se desprendam se tornando elétrons livres e também quando a tensão elétrica ultrapasse certo valor, conhecido como rigidez elétrica. A rigidez elétrica de um material isolante corresponde ao valor máximo de carga elétrica que ele pode suportar sem como isso tornar-se um material condutor, ou seja, todo isolante é isolante até certo ponto. É como se eles tivesse um limite de carga a suportar, se passar desse limite ele não consegue mais isolar, permitindo que os elétrons da última camada se desprendam do átomo, se transformando em elétrons de condução.

OBS: A umidade facilita a condução elétrica tanto nos condutores como nos isolantes, por causa da quantidade de sais que a solução líquida possue.

Condutores e Isolantes

Condutores elétricos são materiais caracterizados por possuírem no seu interior, portadores de cargas livres, desta forma, permitindo a passagem de uma corrente elétrica (movimentação ordenada de cargas elétricas) pelo seu interior. Os condutores podem ser sólidos, líquidos ou gasosos. A diferença básica entre ele está no tipo de portador de carga que possuem.

Por exemplo, em uma solução de água com sal (NaCl), haverá uma dissociação da molécula de cloreto de sódio (NaCl) em íons Na+ e Cl-, que ficam livres para se movimentar pelo interior da solução, onde os íons positivo (Na+) se dirige ao pólo negativo, que posteriormente fica positivo devido ao acúmulo desses íons. E os íons negativos (Cl-) se dirigem ao pólo positivo, que posteriormente fica negativo devido ao acúmulo de eletrons excedentes desses íons, que têm seus elétrons arrancados ficando neutros. Assim, o pólo positivo, que é "recheado" de íons Na+, atrai os eletrons excedentes fazendo com que seus íons fiquem neutros.

Nos condutores metálicos, os portadores de carga são os elétrons livres. Em um metal, os elétrons que giram na última órbita estão tão fracamente presos ao átomo, que ao passarem nas proximidades de outro átomo podem sair da órbita.

Estes elétrons pelo fato de não estarem presos a nenhum átomo, são chamados de elétrons livres. Se um determinado instante, pudéssemos tirar um fotografia do interior do material, veríamos uma nuvem de elétrons envolvendo cada átomo. São esses elétrons livres, os responsáveis pela condução da corrente elétrica em um metal.

Isolantes são substâncias que não permitem a passagem de uma corrente elétrica, por não terem portadores de cargas livres, os átomos da última camada estão fortemente presos ao átomo. Exemplos de isolantes: vidro, mica, fenolite, baquelite, borracha, porcelana, água pura, etc.

Os termos isolante e condutor na realidade são relativos pois, sob certas circunstâncias um isolante pode se comportar como um condutor e vice-versa, além disso existe uma outra classe de substância chamada de semicondutores, os quais têm características intermediárias entre os condutores e os isolantes. Exemplo disso é o diodo, que é utilizado largamente em eletrônica.

Matéria e Eletricidade

A eletricidade está presente nas nossas vidas, em nosso cotidiano, em praticamente tudo o que fazemos como, por exemplo, quando tomamos banho, ao acendermos uma lâmpada, quando utilizamos a televisão, etc.. O estudo dessa parte da física se faz necessário, pois ajuda a compreender os inúmeros fenômenos que estão ligados ao nosso dia-a-dia. A todo o momento o ser humano se relaciona com fatos da natureza e o seu modo de viver depende da eletricidade e dos aparelhos elétricos modernos.
Thales de Mileto, filósofo e matemático grego, ficou conhecido por suas teorias na área da cosmologia, além de ser, de acordo com a história, o homem que fez as primeiras descobertas relacionadas aos fenômenos elétricos. Tales observou que após atritar pele de animal com o âmbar, uma resina vegetal, ela adquiria propriedades de atrair corpos pequenos e leves como, por exemplo, sementes de grama e pedaços de palha. Muitos anos mais tarde, cerca de 2000 anos, começaram a ser feitas observações mais cuidadosas a respeito dos fenômenos elétricos, dentre todas se destacam as que o médico inglês W. Gilbert fez. Gilbert observou o comportamento de vários corpos quando atritados e concluiu que eles se comportavam como o âmbar, ou seja, tinham a capacidade de atrair outros corpos.
A eletricidade é o resultado da existência de carga elétrica nos átomos que constituem a matéria. Como se sabe, um átomo é composto por prótons (cargas positivas), elétrons (cargas negativas) e nêutrons, que não possuem carga. Os prótons e os nêutrons ficam no interior do núcleo do átomo, os elétrons ficam na eletrosfera - ao redor do núcleo.
O estudo da eletricidade é dividido em três partes:

• Eletrostática – estuda as cargas elétricas em repouso;
• Eletrodinâmica – é o estudo das cargas elétricas em movimentação, ou seja, o estudo de corrente elétrica e das propriedades dos circuitos que são percorridos por ela.
• Eletromagnetismo – nessa parte são estudadas as relações entre a eletricidade e o magnetismo, bem como a ligação entre os fenômenos magnéticos e elétricos.