Resistores
Sabe aquele banho bem quente que nós tomamos no inverno? Você já parou para pensar o que o torna possível? A água quente que sai do chuveiro, obviamente. Mas, alguma coisa deve acontecer dentro do chuveiro para que essa água saia quente, certo? Bem, você pode nunca ter pensado nisso, mas existe uma resistência dentro do chuveiro e ela é a responsável por esquentar a água!
Pensando em nosso chuveiro, podemos concluir que resistor é um componente que converte energia elétrica em térmica, em calor! É muito importante que você saiba que essa conversão de energia possui um nome: efeito Joule! Existe uma explicação teórica para esse efeito e ela vai ajudar a entender como essa conversão acontece. Se liga!
“O efeito Joule é decorrente da colisão de elétrons da corrente com partículas do condutor. Durante a colisão, os elétrons perdem movimento para o material, resultando na conversão de energia elétrica em calor. Este consumo de energia elétrica se traduz em queda de potencial elétrico através do resistor.”
Vale o conhecimento! Você já colocou a mão em uma lâmpada ligada? Ela é muito quente! Esse aquecimento acontece por causa do efeito Joule! O material dos condutores faz uma certa resistência à passagem da corrente, gerando a dissipação de calor.
Resistência Elétrica
As mesmas colisões que fazem os resistores esquentarem e dissiparem calor também dificultam a passagem da corrente elétrica por eles. A resistência elétrica é justamente a propriedade dos resistores que mede a dificuldade que a corrente elétrica terá para passar por dentro deles.
Leis de Ohm
Da mesma forma como Newton foi tão importante no estudo da Dinâmica a ponto da unidade de força ganhar seu nome, a mesma coisa aconteceu com o físico alemão Georg Simon Ohm. Ohm formulou as duas leis que regem o funcionamento da resistência elétrica e, por isso, a unidade de resistência elétrica no Sistema Internacional ganhou o nome de ohm [Ω]. Essas duas leis são chamadas de Leis de Ohm! Vamos estudá-las individualmente agora.
1ª Lei de Ohm – Resistência Elétrica Constante
É meio lógico pensarmos que a resistência elétrica depende das características do material de que o resistor é feito, concorda? Até aí, tudo bem. Mas, além disso, outro fator também influencia nessa resistência: a temperatura à qual o material está submetido. Mas como funciona essa influência? Aqui está a grande jogada desta primeira lei! Ohm identificou que, quando mantidos a uma temperatura constante, a resistência elétrica de alguns materiais é constante! Ou seja, independe da voltagem aplicada sobre o resistor! Esses materiais são chamados de ôhmicos e são muito presentes no nosso cotidiano. A maioria dos metais se comporta assim.
Em função da resistência elétrica ser constante, resistores feitos desses materiais possuem um comportamento específico muito interessante. A proporção entre a corrente que passa pelo resistor e a diferença de potencial se mantém sempre a mesma, independente dos valores de (U) ou (i). Se liga nos gráficos abaixo, eles comparam o comportamento da relação corrente-tensão para resistores ôhmicos e não ôhmicos.
Na prática, para resistores ôhmicos, a resistência elétrica (R) é mensurada através de uma relação matemática entre a corrente elétrica que atravessa o resistor (i) e a tensão entre os terminais do resistor (U):
Em outras palavras, o que essas equações nos dizem é que quanto maior a resistência de um material, menor é a corrente elétrica que o percorre!
2ª Lei de Ohm – Resistência de Um Material Ôhmico
Essa lei é apenas um complemento da primeira! Como já vimos anteriormente, a resistência de um resistor ôhmico depende apenas das suas características e da sua temperatura. O que essa lei faz é explicitar quais são essas características.
A segunda lei de Ohm diz que a resistência elétrica depende de duas coisas: das propriedades do material e da geometria do resistor. Essa relação com a geometria é muito utilizada no dimensionamento dos fios elétricos que existem nos postes de luz. Ela pode ser expressa pela seguinte relação:
Em que L é o comprimento do resistor, A é a área de sua seção transversal e ρ é a resistividade do material, que depende da constituição e da temperatura deste.
Conhecimentos gerais! Em alguns metais, a resistência aumenta com o aumento da temperatura! Nos semicondutores e nos gases ionizados, ela diminui com o aumento da temperatura.
Associação de Resistores
Essa parte é muito importante! Praticamente todos os circuitos que vamos estudar possuem resistores. O grande problema é que eles podem estar combinados de diversas formas nos circuitos e cada uma dessas formas possui um modo específico de resolução. Mas, não se preocupe! São exatamente essas associações de resistores que vamos estudar agora! Quando terminarmos, você terá total capacidade de resolver todos os exercícios!
Associação em Série
Se liga nesse circuito aqui embaixo, ele mostra o que é uma associação de resistores em série:
Existem algumas particularidades deste tipo de associação que você precisa saber! Vamos lá! A resistência total no circuito, chamada resistência equivalente, será exatamente igual à soma da resistência de todos resistores existentes no circuito.
Como existe apenas um caminho para a eletricidade percorrer entre os resistores, a corrente elétrica não se divide! Em outras palavras, a intensidade da corrente que passa entre todos os resistores é a mesma! Escrevemos isso matematicamente desta forma:
Outra coisa fundamental sobre este tipo de associação é que a ddp vai caindo após cada resistor! Ou seja, a ddp fornecida pelo gerador será igual à soma das ddp de todos os resistores.
Como veremos adiante, a potência dissipada por um resistor é dada pelas equações a seguir:
Facilmente conseguimos perceber que o resistor de maior resistência também é o que dissipa maior potência!
Dica salvadora! Evita-se instalar elementos em série, pois, se a corrente for interrompida, todos deixarão de funcionar. Quanto maior o número de resistores, MAIOR será a resistência equivalente e menor será a corrente que passa no circuito! Um exemplo disso, são as luzes na árvore de Natal.
Associação em Paralelo
Este tipo de associação é muito fácil de identificar, pois é bem diferente do outro. Se liga!
Aqui acontece algo bem diferente! O inverso da resistência equivalente é a soma dos inversos das resistências de todos os resistores existentes no circuito. Complicado, não é? Não se preocupe, essa expressão matemática diz exatamente a mesma coisa de um modo mais fácil!
Neste tipo de circuito, existe mais de um caminho para a eletricidade percorrer! Sendo assim, a corrente elétrica se divide entre os resistores! Em outras palavras, a intensidade da corrente fornecida pelo gerador será igual à soma das correntes que atravessam todos os resistores.
Como você já pode estar pensando, nestes circuitos todos os resistores em paralelo estão submetidos a uma mesma ddp!
Você deve estar pensando que, como a fórmula da potência dissipada é a mesma, novamente o resistor de maior potência dissipará maior energia, certo? Não! Aqui acontece algo diferente! Apesar da resistência ser maior, a corrente que passa por ele é a menor!
Como você pode notar pela fórmula, a potência dissipada está relacionada com o quadrado da corrente. Justamente por essa relação é que, quando conectados em paralelo, o resistor com menor resistência dissipa maior potência!
Muito importante! A resistência equivalente é menor do que a menor resistência da associação. Quanto maior o número de resistores em paralelo, MENOR será a resistência equivalente e maior será a corrente que passa no circuito.