Voltagem, corrente e resistência

Autor: 
Marshall Brain

Leve em consideração uma tomada de 120 volts e imagine que você liga um aquecedor de ambientes nessa tomada. Meça a quantidade de corrente fluindo da tomada para o aquecedor, e você verá que são 10 ampères. Isso significa que é um aquecedor de 1.200 watts.

    Volts * ampères = watts

Então 120 volts * 10 amps = 1.200 watts.

Isso serve para qualquer aparelho elétrico. Se você conecta uma torradeira e ela usa 5 ampères, é uma torradeira de 600 watts. Se você conecta uma lâmpada e ela consome 1/2 ampère, é uma lâmpada de 60 watts.

Vamos supor que você ligue o aquecedor de ambientes, saia e observe o medidor de força. O objetivo do medidor de força é medir a quantidade de eletricidade utilizada em sua casa para que a companhia de luz possa cobrá-lo. Vamos supor que mais nada na casa esteja ligado, de maneira que o medidor esteja medindo apenas a eletricidade usada pelo aquecedor.

Seu aquecedor está usando 1.200 watts. Isto é 1,2 kilowatts, um kilowatt é 1.000 watts. Se você deixar o aquecedor ligado por uma hora, vai consumir 1,2 quilowatt/hora de força. Se a companhia de luz cobrar 10 centavos por quilowatt-hora, então sua conta será de 12 centavos por cada hora de uso do aquecedor.

    1.2 quilowatts * 1 hora = 1.2 quilowatt-hora

    1.2 quilowatt-hora * 10 centavos por quilowatt-hora = 12 centavos

Da mesma maneira, se você tiver uma lâmpada de 100 watts e deixá-la ligada por 10 reais horas, vai consumir 1 quilowatt-hora (100 watts * 10 horas = 1 quilowatt-hora).

Se você tem uma bomba de calor de 20.000 watts e a deixa ligada por cinco horas todos os dias, vai consumir 100 quilowatts-hora por dia (20 quilowatts * 5 horas = 100 quilowatt-hora) ou 10 dólares de luz por dia se um quilowatt-hora custar 10 centavos. Se fizer isso por um mês, sua bomba de calor custa (30 * R$ 10,00) R$ 300,00 por mês. É por isso que sua conta de luz fica tão alta quando o clima está muito frio. A bomba de calor consome muita energia.

As três unidades mais básicas em eletricidade são voltagem (V), corrente (I) e resistência (r). Como discutido antes, a voltagem é medida em volts, e a corrente é medida em ampères. A resistência é medida em ohms.

Podemos continuar com a analogia da água para entender sobre resistência. A voltagem é equivalente à pressão da água, a corrente é equivalente à taxa de fluxo e a resistência é como o tamanho do cano.

Há uma equação básica em engenharia elétrica que diz como os três termos são relacionados. Ela afirma que a corrente é igual a voltagem dividida pela resistência.

    I = V/r

Vamos supor que você tenha um tanque de água pressurizada conectado a uma mangueira que está sendo usada para molhar o jardim. O que acontece se você aumentar a pressão no tanque? Pode-se supor que isso fará sair mais água da mangueira. O mesmo acontece em um sistema elétrico: aumentar a voltagem vai fazer mais corrente fluir.

Suponhamos que você aumente o diâmetro da mangueira e de todos os ajustes do tanque. Sabe que provavelmente isso também fará sair mais água da mangueira. É o mesmo que diminuir a resistência em um sistema elétrico, pois aumenta o fluxo de corrente.

Quando você olha para uma lâmpada incandescente normal, pode ver fisicamente essa analogia da água em ação. O filamento da lâmpada é um pedaço de fio muito fino. Este fio causa resistência ao fluxo de elétrons. Você pode calcular a resistência do fio com sua equação específica.

Vamos supor que você tenha uma lâmpada de 120 watts ligada em uma tomada. A voltagem é 120 volts e a lâmpada de 120 watts tem 1 ampère correndo através dela. Você poderá calcular a resistência do filamento reorganizando a equação: r = V/I. A resistência será então de 120 ohms. Caso seja uma lâmpada de 60 watts, a resistência irá para 240 ohms.

Corrente contínua x corrente alternada
Baterias, células de combustível e células solares produzem algo chamado corrente contínua (CC). Os terminais de uma bateria são, respectivamente, positivo e negativo. A corrente contínua sempre flui no mesmo sentido entre eles (lembre-se que a corrente se desloca em sentido oposto ao dos elétrons).

A força que vem de uma usina de energia, por outro lado, é chamada corrente alternada (CA). O sentido da corrente reverte, ou alterna, 60 vezes por segundo (nos EUA) ou 50 vezes por segundo (na Europa, por exemplo). A energia elétrica que está disponível nas tomadas dos Estados Unidos é de 120 volts, e com 60 ciclos para a CA.

A grande vantagem da corrente alternada para a rede elétrica é o fato de ser relativamente fácil mudar a voltagem, usando um aparelho chamado transformador. Com o uso de voltagens muito altas para transmitir energia para longas distâncias, as companhias de luz economizam muito dinheiro. É assim que isso funciona.

Supondo que você tenha uma usina de energia que produza 1 milhão de watts de potência, uma maneira de transmitir essa potência seria enviar 1 milhão de ampères a 1 volt. Outra maneira seria enviar 1 ampère a 1 milhão de volts. Enviar 1 ampère exige apenas um fio fino e pouca energia é perdida na forma de calor durante a transmissão. O envio de 1 milhão de ampères exigiria um fio enorme.

Então, para transmissão de energia, as companhias de luz utilizam voltagens muito altas para transmissão (por exemplo 1 milhão de volts), depois diminuem novamente para voltagens mais baixas para a distribuição (por exemplo 1.000 volts) e, finalmente, diminuem para 120 volts dentro da casa, por segurança (veja Como funcionam as redes elétricas para mais detalhes).

Fio terra
Quando o assunto é eletricidade, você sempre ouve falar do uso do fio terra, ou simplesmente terra. Por exemplo, uma informação no gerador elétrico dirá: "certifique-se de conectar um fio terra antes de usar" ou "não use sem aterramento apropriado".

Acontece que a companhia elétrica usa um dos fios do sistema de força ligado à terra. Ela é um excelente condutor, além de ser um ótimo caminho para o retorno dos elétrons. Aterramento na rede de distribuição elétrica, corresponde ao contato com a terra propriamente dita ou com o que estiver sob o solo.

O sistema de distribuição de força conecta-se com solo muitas vezes. Por exemplo, nesta foto você pode ver que um dos fios é destacado como um fio terra.

Na foto abaixo, o fio exposto, vindo pela lateral do poste, conecta o fio terra aéreo diretamente ao chão.

Todos os postes de eletricidade no planeta têm um fio como esse. Se puder acompanhar a companhia de luz instalando um novo poste, verá que a ponta deste fio é grampeada em uma bobina na base do poste. Essa bobina fica em contado direto com o solo quando o poste é instalado e é enterrada de 1,8 a 3 m embaixo da terra. Se você examinar um poste cuidadosamente, verá que os fios terra entre os postes (e normalmente entre os fios de sustentação) estão ligados a essa conexão direta ao chão.  

A eletricidade pode ser usada de muitas maneiras diferentes. Confira os links na próxima página para explorar outras aplicações.