A carga transporta efeitos elétricos.
Os eletrões transportam carga negativa. Nos condutores metálicos, alguns eletrões podem deslocar-se através do material. A corrente elétrica descreve um movimento líquido de carga, não a quantidade de energia que um dispositivo tem armazenada.
Uma fonte, como uma bateria, estabelece uma diferença de tensão. Quando se liga um percurso completo adequado, a carga pode circular e a energia pode ser transferida para uma carga elétrica.
A quantidade de carga mede-se em coulombs (C). O coulomb é uma unidade de carga, não de energia. A corrente indica quanta carga passa por um ponto em cada segundo.
Tensão, corrente e resistência.
A tensão é a energia por unidade de carga entre dois pontos, medida em volts (V). A corrente é a taxa de passagem de carga por um ponto, medida em amperes (A). A resistência, em ohms (Ω), descreve a oposição à corrente.
Estas grandezas estão relacionadas, mas não são intercambiáveis. Pode existir tensão nos extremos de um interruptor aberto mesmo sem corrente a atravessar esse vão.
- 1 ampere = 1 coulomb por segundo
- Uma corrente de 2 A significa que passam 2 C de carga num ponto por segundo. Não significa que o circuito contém apenas 2 C.
- 1 volt = 1 joule por coulomb
- Uma diferença de 12 V corresponde a 12 J de energia transferida por coulomb que atravessa essa diferença de tensão.
Um primeiro exemplo resolvido.
Para uma resistência óhmica, V = I × R. Reorganizando, obtém-se I = V ÷ R, pelo que 12 ÷ 6 = 2 A.
Mantendo a tensão em 12 V, mas aumentando a resistência para 12 Ω, a corrente reduz-se para 1 A. Este é um modelo simples de uma resistência, não uma descrição completa de um motor AC.
- Num segundo, 2 C passa através da resistência.
- Os 12 V aos seus terminais significam que 12 J por coulomb são transferidos.
- 2 C × 12 J/C = 24 J num segundo, ou 24 W.
A resistência converte essa energia elétrica em calor. A carga não é consumida: neste circuito em série em regime estacionário, a carga entra e sai da resistência ao mesmo ritmo.
Isto relaciona a tensão e a corrente com a potência e energia elétricas. Também explica por que razão o fluxo de carga e a transferência de energia são grandezas diferentes.
A resistência é apenas uma parte do comportamento em AC.
O exemplo da resistência é um ponto de partida útil. Quando tensão e corrente alternam, o armazenamento de energia num componente também afeta a resposta:
- Resistência converte energia elétrica em calor.
- Indutância armazena energia num campo magnético e opõe-se a variações de corrente.
- Capacitância armazena energia num campo elétrico à medida que a carga se separa e opõe-se a variações da tensão.
Numa alimentação sinusoidal, a corrente pode atingir o pico antes ou depois da tensão. Esta diferença temporal chama-se diferença de fase. Os efeitos indutivos e capacitivos produzem reatância, que varia com a frequência.
A impedância combina a resistência e a reatância na resposta global em CA (AC): tanto o valor da corrente como a sua fase relativamente à tensão. Mede-se em ohms, mas normalmente não se obtém pela simples soma da resistência e das reatâncias como números positivos comuns.
Um motor em funcionamento também troca energia com a sua carga mecânica. A corrente não pode ser prevista apenas a partir da resistência dos enrolamentos. A lição sobre CA (AC) e CC (DC) introduz as alimentações alternadas; watts, VA e fator de potência explica a consequência energética.
Opcional: como se relacionam as grandezas
Para componentes ideais a uma única frequência sinusoidal, a reatância indutiva é XL = 2πfL e a reatância capacitiva é XC = 1/(2πfC). A frequência f exprime-se em hertz, a indutância L em henries e a capacidade C em farads. Ambas as reatâncias se exprimem em ohms.
Para uma resistência, uma bobina e um condensador ligados em série, o módulo da impedância é:
|Z| = √[R² + (XL − XC)²]
Então, IRMS = VRMS / |Z|. RMS significa root mean square, um valor eficaz explicado na lição sobre CA (AC). Estas equações descrevem esse circuito linear específico em regime sinusoidal permanente; não são um modelo completo de um motor de elevador em funcionamento.
Relacione os termos com um elevador.
Um relatório pode descrever uma tensão de alimentação, uma corrente do motor ou uma ligação resistiva. Cada uma corresponde a uma propriedade diferente. Conhecer a diferença ajuda-o a perguntar o que foi observado sem precipitar um diagnóstico.
A próxima lição segue o percurso da corrente através de um circuito.
Um olhar mais próximo
A corrente convencional é descrita como circulando do positivo para o negativo através do circuito externo. Os eletrões nos metais deslocam-se no sentido oposto. Os cálculos de circuitos utilizam normalmente a corrente convencional.
Verifique o que aprendeu
Uma diferença de tensão significa sempre que está a passar corrente?
Mostrar a explicação
Não. Pode existir tensão nos extremos de uma interrupção num circuito aberto sem circular corrente através dessa interrupção.
Leitura adicional.
Leitura opcional para aprofundar esta lição.
- OpenStax: corrente e carga
Comece pela secção 9.1, sobretudo pela definição de corrente e pelos diagramas dos circuitos. O exemplo posterior de cálculo é opcional; os diagramas explicam a corrente convencional e o movimento dos eletrões.
- OpenStax: lei de Ohm e circuitos simples
A secção 20.2 desenvolve tensão, corrente e resistência com cálculos resolvidos. Um próximo passo útil após o exemplo de 12 V da lição.
- OpenStax: tensão como energia por unidade de carga
Leia a definição de diferença de potencial e a relação volt = joule/coulomb. Estas explicam como a carga e a energia estão relacionadas sem serem a mesma grandeza.
- OpenStax: resistência, indutância e capacidade em circuitos AC
Compare as secções de resistência, condensador e indutor. Os gráficos de tensão/corrente mostram o significado de avanço e atraso; o cálculo diferencial é opcional.
- OpenStax: combinar resistência e reatância
Aprofundamento avançado: a equação 15.11 dá o módulo da impedância de um circuito RLC em série. Os diagramas fasoriais envolventes explicam porque as parcelas não são somadas como números positivos comuns.