Resistência elétrica: diferenças entre revisões
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{{Eletromagnetismo}}
[[Ficheiro:Resistencias 250W 5% sobre papel milimetrado.JPG|200px|thumb|Grupo de resistores.]]
'''Resistência elétrica''' é a capacidade de um corpo qualquer se opor à passagem de [[corrente elétrica]] mesmo quando existe uma [[diferença de potencial]] aplicada. Seu cálculo é dado pela Primeira [[Lei de Ohm]], e, segundo o [[Sistema Internacional de Unidades]] (SI), é medida em [[ohms]].<ref>http://scienceworld.wolfram.com/physics/Resistivity.html Resistivity -- from Eric Weisstein's World of Physics</ref>
Quando uma corrente elétrica é estabelecida em um [[Condutor elétrico|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 elétrica|corrente]] no condutor.
Os fatores que influenciam na resistência de um dado condutor são:
* A resistência de um condutor é tanto maior quanto maior for seu comprimento.
* A resistência de um condutor é tanto maior quanto menor for a área de sua seção transversal, isto é, quanto mais fino for o condutor.
* A resistência de um condutor depende da [[resistividade]] do material de que ele é feito. A resistividade, por sua vez, depende da [[temperatura]] na qual o condutor se encontra.
Esses fatores que influenciam a resistência de um condutor podem ser resumidos pela Segunda [[Lei de Ohm]]
:<math>R=\rho{\ell \over A}</math>
:''ρ'' é a resistividade elétrica do condutor;
:''R'' é a [[resistência elétrica]] do material;
:''<math>\ell</math>'' é o comprimento do condutor;
:''A'' é a área da seção do condutor.
Essa relação vale apenas para materiais uniformes e isotrópicos, com seções transversais também uniformes.
== Efeito Joule ==
{{AP|Efeito Joule}}
Um condutor metálico, ao ser percorrido por uma corrente elétrica, se aquece. Num ferro de passar roupa, num secador de cabelos ou numa estufa elétrica, o calor é produzido pela corrente que atravessa um fio metálico.
Esse fenômeno, chamado [[efeito Joule]], deve-se aos choques dos [[elétrons]] contra os átomos do condutor. Em decorrência desses choques dos elétrons contra os átomos do retículo cristalino, a energia cinética média de oscilação de todos os átomos aumenta. Isso se manifesta como um aumento da temperatura do condutor. O efeito Joule é a transformação de energia elétrica em energia térmica.
== Associações de resistências ==
A característica tensão-corrente de um sistema de várias resistência tem sempre o mesmo
aspecto que a caraterística de uma única resistência; nomeadamente, é uma reta que passa
pela origem. O declive dessa reta é a resistência equivalente. Podemos usar algumas regras
simples para calcular a resistência equivalente, quando as resistências estiverem ligadas
em série ou em paralelo.
Duas resistências estarão ligadas em série, , quando uma estiver a seguir à outra, sem
nenhum outro elemento de circuito no meio, como se mostra na figura ao lado:
[[File:Associação de resistencia.png|thumb|370px|right|Duas resistências ligadas em série.]]
Num sistema de duas resistências ligadas em série, a corrente é a mesma nas duas resistências. A diferença de potencial no sistema é a soma das diferenças de potencial em cada resistência<ref name=Villate>[ ''Eletricidade e Magnetismo''. Porto: Jaime E. Villate, 20 de março de 2013. 221 págs]. [[Creative Commons]] Atribuição-Partilha (versão 3.0) [[ISBN]] 978-972-99396-2-4. Acesso em 12 jun. 2013.</ref>:
<math>\Delta V = \Delta V_1 + \Delta V_2 = (R_1 + R_2)\mathit I</math>
Assim, o sistema é equivalente a uma única resistência <math>R_s</math> com valor igual à soma das duas resistências.
<math>R_s = R_1 + R_2</math>
Diz-se que duas resistências estão ligadas em paralelo , se os dois terminais de cada uma
das resistências estiverem ligados entre os mesmos pontos, como mostra a figura a seguir:
[[File:Resistencias em paralelo.png|thumb|300px|center|Duas resistências em paralelo]]
Num sistema de duas resistências ligadas em paralelo, a diferença de potencial é a mesma
nas duas resistências. A corrente no sistema é a soma das correntes em cada resistência<ref name=Villate>[ ''Eletricidade e Magnetismo''. Porto: Jaime E. Villate, 20 de março de 2013. 221 págs]. [[Creative Commons]] Atribuição-Partilha (versão 3.0) [[ISBN]] 978-972-99396-2-4. Acesso em 12 jun. 2013.</ref>:
<math>\mathit I = \mathit I_1 + \mathit I_2 = \Bigg(\frac{1}{R_1}+\frac {1}{R_2}\Bigg)\Delta V</math>
Assim, o sistema é equivalente a uma única resistência <math>R_p</math> que verifica a equação:
<math>\frac{1}{R_p} = \frac{1}{R_1}+ \frac{1}{R_2} \qquad ou \qquad R_p = R_1||R_2 = \frac{R_1R_2}{R_1+R_2}</math>
Em alguns sistemas com várias resistências é possível simplificar o sistema substituindo
sucessivamente as resistências que se encontrarem em série ou em paralelo por uma
resistência equivalente, até obter uma única resistência equivalente.<ref name=Villate>[ ''Eletricidade e Magnetismo''. Porto: Jaime E. Villate, 20 de março de 2013. 221 págs]. [[Creative Commons]] Atribuição-Partilha (versão 3.0) [[ISBN]] 978-972-99396-2-4. Acesso em 12 jun. 2013.</ref>
No sistema internacional de unidades, a unidade usada para medir a resistência é o ohm,
designado pela letra grega omega maiúscula,<math>\Omega</math> Uma resistência de '''1 ohm''' é uma resistência em que uma tensão de '''1 volt''' produz uma corrente de '''1 ampere''':
<math>1\Omega = 1 \frac{\mathrm{V}}{\mathrm{A}}</math>
Usando a [[lei de Ohm]], a potência dissipada por efeito [[Joule]] numa resistência <math>P=(I\,\Delta V)</math> pode ser escrita em função do valor da resistência:
<math>P = R\,I^2 = \frac{\Delta V^2}{R}</math>
Assim, a especificação da potência de um dispositivo elétrico tem implícito um valor da
diferença de potencial (tensão) que deverá ser usado para o seu correto funcionamento.
Quanto maior for essa potencia nominal, menor será a resistência do dispositivo.
Caso os valores dos resistores sejam iguais, a resistência equivalente é igual ao valor de uma das resistências dividido pelo número de resistores utilizados
<math>R.eq. = R / N</math>
onde N = Número de resistores, em outras palavras,
A Resistência Equivalente com dois resistores de valores diferentes pode ser definido da seguinte forma:
<math>R_{eq} = R_1 || R_2 = \frac {R_1.R_2}{R_1+R_2}</math>
Para mais de dois resistores associados em paralelo deve-se aplicar a seguinte equação:
<math> \frac {1}{R_{eq}} = \frac {1}{R_1} + \frac {1}{R_2} + \frac {1}{R_3} + \frac {1}{R_n}</math>
== Caraterísticas tensão-corrente ==
[[File:Tensão ex.png|thumb|right|370px|Caraterísticas tensão-corrente de três dispositivos diferentes.]]
A potência elétrica que dissipa um elemento de um circuito, por exemplo, uma lâmpada,
é igual ao produto da diferença de potencial e a corrente no elemento: <math>P = I\Delta V</math>.
Duas lâmpadas diferentes podem ter diferentes valores da potência, com o mesmo valor da [[Tensão elétrica|tensão]].
Por exemplo, existem lâmpadas pequenas de '''12 V''' com potências de '''1 W''' e de '''2 W'''; isso indica que para o mesmo valor da diferença de potencial, a corrente na [[Lâmpada incandescente|lâmpada]] de 2 W é o dobro do que a corrente na lâmpada de 1 W.<ref name=Villate>[ ''Eletricidade e Magnetismo''. Porto: Jaime E. Villate, 20 de março de 2013. 221 págs]. [[Creative Commons]] Atribuição-Partilha (versão 3.0) [[ISBN]] 978-972-99396-2-4. Acesso em 12 jun. 2013.</ref>
Cada elemento de circuito tem uma curva caraterística que mostra os valores resultantes
da corrente, <math>I</math> , para diferentes valores da diferença de potencial, <math>\Delta V</math> A figura ao lado mostra algumas dessas curvas caraterísticas, para três elementos de circuito diferentes.
== Lei de Ohm ==
[[File:Circuito de ohm.png|thumb|right|300px|Diagrama de circuito para uma resistência.]]
Em alguns condutores (o caso ''(a)'' na figura acima), designados de '''ohmicos''', a curva caraterística é uma reta que passa pela origem. Essa relação linear entre <math> \mathit I</math> e <math>\Delta V</math> expressa-se matemáticamente com a [[Lei de Ohm]]:
<math>\Delta V = R\mathit I</math>
Onde ''R'' é uma constante resistência, que corresponde ao declíve da caraterística
tensão-corrente. Um condutor ohmico designa-se simplesmente de resistência. A figura
ao lado mostra o diagrama usado para representar nos circuitos uma resistência.<ref name=Villate>[ ''Eletricidade e Magnetismo''. Porto: Jaime E. Villate, 20 de março de 2013. 221 págs]. [[Creative Commons]] Atribuição-Partilha (versão 3.0) [[ISBN]] 978-972-99396-2-4. Acesso em 12 jun. 2013.</ref>
Nos materiais não ohmicos o declíve não é constante, o que indica que a resistência é diferente para diferentes valores da diferença de potencial.<ref name=Villate>[ ''Eletricidade e Magnetismo''. Porto: Jaime E. Villate, 20 de março de 2013. 221 págs]. [[Creative Commons]] Atribuição-Partilha (versão 3.0) [[ISBN]] 978-972-99396-2-4. Acesso em 12 jun. 2013.</ref>
== Resistência em uma Pilha ==
[[File:Bateria tensao corrente.png|thumb|left|300px|Caraterística tensão-corrente de uma bateria.]]
Uma pilha ou bateria fornece energia eletrostática, devido às reações químicas entre os
elétrodos e o eletrólito, mas também dissipa alguma energia em calor, devido à passagem
de cargas pelos elétrodos e pelo eletrólito.
Assim, a caraterística da bateria é a soma da
função constante <math>\Delta V =\varepsilon</math> mais a caraterística de uma resistência ''r''.<ref name=Villate>[ ''Eletricidade e Magnetismo''. Porto: Jaime E. Villate, 20 de março de 2013. 221 págs]. [[Creative Commons]] Atribuição-Partilha (versão 3.0) [[ISBN]] 978-972-99396-2-4. Acesso em 13 jun. 2013.</ref>
A ordenada na origem é o valor da fem, e o declive é a '''resistência interna''' da pilha. Assim, o diagrama de circuito correspondente deverá incluir uma fem ligada em série com uma
resistência (ver figura ao lado).
A barra mais fina e mais comprida, na representação gráfica da
fem, representa o elétrodo positivo, e a barra mais curta e grossa o elétrodo negativo.<ref name=Villate>[ ''Eletricidade e Magnetismo''. Porto: Jaime E. Villate, 20 de março de 2013. 221 págs]. [[Creative Commons]] Atribuição-Partilha (versão 3.0) [[ISBN]] 978-972-99396-2-4. Acesso em 13 jun. 2013.</ref>
[[File:Circuito equivalente.png|thumb|right|350px|Circuito equivalente para uma bateria.]]
No lado em que ''I'' é negativa no gráfico, quer dizer que a corrente entra na bateria pelo
elétrodo negativo e sai pelo elétrodo positivo. Esse é o modo normal de funcionamento
das baterias; nessas condições a bateria funciona como gerador, as cargas de condução
ganham energia potencial na passagem pela bateria. A bateria fornece potência elétrica;
parte dessa potência fornecida pelas reações químicas é dissipada em calor dentro da
própria bateria.
No lado em que I é positiva no gráfico , a corrente entra na bateria pelo elétrodo positivo
e sai pelo elétrodo negativo. As cargas perdem energia potencial durante a sua passagem
pela bateria. Assim, deverá existir outra bateria externa que fornece energia às cargas de
condução e que mantem a diferença de potencial entre os elétrodos por cima do valor da
fem. Diz-se que a bateria está a funcionar como '''receptor'''.
É costume representar a corrente na bateria em valor absoluto. Assim, os dois modos de
funcionamento da bateria aparecerão no mesmo quadrante da caraterística tensão-corrente. Nos dois ramos, o valor absoluto do declive é igual à resistência interna '''r'''.
No modo de gerador, a diferença de potencial entre os elétrodos é:
<math>\Delta V_\text{gerador} = \varepsilon - r\,I</math>
[[File:Bateria resistencia.png|thumb|left|200px|Os dois ramos da caraterística tensão-corrente de uma bateria]]
o sentido da corrente implica que as cargas de condução ganham energia na passagem pela
fem, mas dissipam alguma dessa energia na resistência interna. A potência total fornecida
pela bateria é a potencia fornecida pela fem <math>(I\varepsilon)</math> , menos a potência
dissipada na resistência interna <math>(I^2r)</math>.
[[File:Gerador receptor.png|thumb|right|330px|Sentido da corrente numa bateria, nos dois modos de operação]]
No modo de receptor, a diferença de potencial entre os elétrodos é:
<math>\Delta V_\text{receptor} = \varepsilon + r\,I</math>
neste caso, as cargas de condução perdem energia na fem e na resistência interna. A
potência total dissipada na bateria será a soma da potência dissipada na fem <math>(I\varepsilon)</math> , mais a potência dissipada na resistência interna <math>(I^2r)</math>. A parte da potência dissipada devida à fem, poderá ser usada para inverter as reações químicas entre os elétrodos e o eletrólito, se a bateria for recarregável; caso contrário, essa potência também é dissipada em calor.
== Ver também ==
{{Portal de eletrônica}}
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