A lei de Ohm: definição, fórmula, e relações

Em Dicas de ciências por André M. Coelho

A relação entre tensão, corrente e resistência em qualquer circuito elétrico de corrente contínua foi primeiramente descoberta pelo físico alemão Georg Ohm. Esta relação ganhou o nome de Lei de Ohm, e é usada em qualquer análise de circuitos elétricos, de qualquer tamanho, estabelecendo assim as bases para a construção de circuitos.

Definição da lei de Ohm

Georg Ohm descobriu que, a uma temperatura constante, a corrente elétrica que flui através de uma resistência linear fixa é diretamente proporcional à voltagem aplicada através dela, e também inversamente proporcional à resistência. Esta relação entre a Voltagem, Corrente e Resistência forma a base da Lei de Ohm e é mostrada abaixo.

Fórmula da lei de Ohm

Para encontrar a tensão, (V):

V = I x R
V (volts) = I (amperes) x R (Ω ohms)

Para encontrar a corrente, (I):

I = V / R
I (amperes) = V (volts) ÷ R (Ω phms)

Para encontrar a resistência, (R):

R = V / I
R (Ω ohms) = V (volts) ÷ I (amperes)

Às vezes é mais fácil lembrar esse relacionamento com a lei Ohms usando imagens. Abaixo as três quantidades de V, I e R foram sobrepostas em um triângulo dando tensão no topo com corrente e resistência abaixo. Este arranjo representa a posição real de cada quantidade dentro das fórmulas

V
/ _ \
I R

A transposição da equação da Lei Ohms padrão acima nos fornecerá as seguintes combinações da mesma equação:

V = I x R
I = V / R
R = V / I

Então, usando a Lei de Ohm, podemos ver que uma voltagem de 1V aplicada a um resistor de 1Ω fará com que uma corrente de 1A flua e quanto maior o valor da resistência, menos corrente fluirá para uma dada voltagem aplicada. Qualquer dispositivo ou componente elétrico que obedeça a Lei de Ohm, ou seja, a corrente que flui através dele é proporcional à voltagem através deles, é dito ser “Ôhmico” na natureza, e dispositivos que não o fazem, como transistores ou diodos, são chamados de dispositivos “não ôhmicos”.

Potência elétrica em circuitos

Potência Elétrica, (P) em um circuito é a taxa na qual a energia é absorvida ou produzida dentro de um circuito. Uma fonte de energia, como uma voltagem, produzirá ou fornecerá energia enquanto a carga conectada a absorve. Lâmpadas e aquecedores, por exemplo, absorvem energia elétrica e a convertem em calor, luz ou ambos. Quanto maior o valor ou a classificação em watts, maior a energia elétrica que provavelmente consumirão.

O símbolo de quantidade para potência é P e é o produto da tensão multiplicada pela corrente com a unidade de medição sendo o Watt (W). Os prefixos são usados para denotar os vários múltiplos ou sub-múltiplos de um watt, tais como: milliwatts (mW = 10-3W) ou kilowatts (kW = 103W).

Então, usando a lei de Ohm e substituindo os valores de V, I e R, a fórmula para energia elétrica pode ser encontrada como:

Para encontrar a Potência (P):

P = V x I
P (watts) = V (volts) x I (amperes)

Também temos

P = V² / R
P (watts) = V² (volts) ÷ R (Ω ohms)

Além disso:

P = I² x R
P (watts) = I² (ampères) x R (Ω ohms)

Mais uma vez, as três grandezas f sobrepostas em um triângulo, desta vez chamado de Triângulo de Potência com potência no topo e corrente e voltagem na parte inferior. Novamente, este arranjo representa a posição real de cada quantidade dentro das fórmulas de poder da lei de Ohms.

P
/ _ \
I V

E novamente, transpondo a equação básica da Lei de Ohms acima para poder nos dá as seguintes combinações da mesma equação para encontrar as várias quantidades individuais:

P = I x V
I = P / V
V = P / I

Assim, podemos ver que existem três fórmulas possíveis para calcular a energia elétrica em um circuito. Se a potência calculada for positiva, (+ P) em valor para qualquer fórmula, o componente absorve a energia, ou seja, está consumindo ou usando energia. Mas se a potência calculada for negativa, (-P) em valor, o componente produz ou gera energia, em outras palavras, é uma fonte de energia elétrica, como baterias e geradores.

O triângulo da lei de Ohm pode ajudar na hora de memorizar a relação entre os elementos de um circuito. (Foto: Vaping360)

Classificação de potência elétrica

Os componentes elétricos recebem uma “potência” em watts que indica a taxa máxima na qual o componente converte a energia elétrica em outras formas de energia, como calor, luz ou movimento. Por exemplo, um resistor de 1/4W, uma lâmpada de 100W etc.

Dispositivos elétricos convertem uma forma de energia em outra. Assim, por exemplo, um motor elétrico converterá energia elétrica em força mecânica, enquanto um gerador elétrico converterá força mecânica em energia elétrica. Uma lâmpada de luz converte energia elétrica em luz e calor.

Além disso, sabemos agora que a unidade de energia é o WATT, mas alguns dispositivos elétricos, como motores elétricos, têm uma classificação de potência na antiga medição de “Horsepower” (HP) ou hp. A relação entre cavalos e watts é dada como: 1hp = 746W. Por exemplo, um motor de dois cavalos tem uma classificação de 1492W, (2 x 746) ou 1.5kW.

Energia Elétrica em Circuitos

Energia Elétrica é a capacidade de fazer trabalho, e a unidade de trabalho ou energia é o joule (J). A energia elétrica é o produto do poder multiplicado pelo tempo que foi consumido. Então, se sabemos o quanto de energia, em Watts está sendo consumido e o tempo, em segundos, para o qual é usado, podemos encontrar a energia total usada em watt-segundos. Em outras palavras, energia = potência x tempo e potência = tensão x corrente. Portanto, a energia elétrica está relacionada à energia e a unidade dada para energia elétrica é o watt-segundo ou joules.

Energia Elétrica = Potência (W) x Tempo (s)

A energia elétrica também pode ser definida como a taxa pela qual a energia é transferida. Se um joule de trabalho for absorvido ou distribuído a uma taxa constante de um segundo, a potência correspondente será equivalente a um watt, de modo que a potência possa ser definida como “1 Joule / sec = 1 Watt”. Então podemos dizer que um watt é igual a um joule por segundo e a energia elétrica pode ser definida como a taxa de trabalho ou a transferência de energia.

Energia Elétrica e Triângulo de Energia

J
/ _ \
W t

Ou para encontrar as várias quantidades individuais:

J = W x t
W = J / t
t = J / W

Dissemos anteriormente que a energia elétrica é definida como sendo watts por segundo ou joules. Embora a energia elétrica seja medida em Joules, ela pode se tornar um valor muito grande quando usada para calcular a energia consumida por um componente.

Por exemplo, se uma lâmpada de 100 watts for deixada ligada por 24 horas, a energia consumida será de 8.640.000 Joules (100W x 86.400 segundos), então prefixos como kJ (que equivale a 103 J) ou megajoules (MJ = 106 J) são usados em vez disso e neste exemplo simples, a energia consumida será 8.64 MJ (mega-joules).

Mas, lidando com joules, quilojoules ou megajoules para expressar energia elétrica, a matemática envolvida pode acabar com alguns números grandes e muitos zero, então é muito mais fácil expressar a energia elétrica consumida em quilowatts-hora.

Se a energia elétrica consumida (ou gerada) for medida em watts ou quilowatts (milhares de watts) e o tempo for medido em horas não em segundos, a unidade de energia elétrica será o quilowatt-hora (kWh). Então nossa lâmpada de 100 watts acima consumirá 2.400 watts horas ou 2.4kWhr, o que é muito mais fácil de entender os 8.640.000 joules.

1 kWhr é a quantidade de eletricidade usada por um dispositivo avaliado em 1.000 watts em uma hora e é comumente chamada de “Unidade de Eletricidade”. Isso é o que é medido pelo medidor da concessionária e é o que nós, consumidores, compramos de nossos fornecedores de eletricidade quando recebemos nossas contas.

Quilowatts-hora são as unidades padrão de energia usadas pelo medidor de eletricidade em nossas casas para calcular a quantidade de energia elétrica que usamos e, portanto, quanto pagamos. Então, se você ligar um fogo elétrico com um elemento de aquecimento de 1000 watts e deixá-lo ligado por 1 hora, você terá consumido 1 kW de eletricidade. Se você ligasse dois fogos elétricos cada um com elementos de 1000 watts por meia hora, o consumo total seria exatamente a mesma quantidade de eletricidade – 1 kWh.

Assim, consumir 1000 watts por uma hora usa a mesma quantidade de energia de 2000 watts (o dobro) por meia hora (metade do tempo). Então, para uma lâmpada de 100 watts usar 1 kWhr ou uma unidade de energia elétrica, ela precisaria ser ligada por um total de 10 horas (10 x 100 = 1000 = 1kWhr).

Agora que sabemos qual é a relação entre tensão, corrente e resistência em um circuito, no próximo tutorial relacionado a Circuitos DC, veremos as Unidades Elétricas Padrão usadas em engenharia elétrica e eletrônica para nos permitir calcular esses valores e ver que cada valor pode ser representado por múltiplos ou sub-múltiplos da unidade padrão.

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Sobre o autor

André é formado em pedagogia, já tendo dado aulas na educação infantil e atuado como professor e coordenador de cursos de inglês. Entendendo como funciona o processo de aprendizagem, decidiu escrever para o blog Múltipla Escolha onde postagens sobre aprendizado, provas, concursos, e muito mais para ajudar seus leitores a aprenderem.

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