Conceitos Básicos

Observe as duas figuras a seguir.Nelas podemos identificar alguns elementos conhecidos, mesmo para pessoas que não tenham conhecimentos de eletricidade. A Fig01a  mostra uma bateria ,  uma lâmpada e um interruptor  .A lâmpada está apagada. A Fig01b mostra a mesma bateria e a mesma lâmpada , agora acesa.Por que a lâmpada está apagada ? Por que a lâmpada está acesa ? As respostas você obterá  quando alguns conceitos  de  eletricidade  forem  colocados  a seguir.

Fig01: Exemplos de circuito elétrico - Fig01a  circuito desligado - Fig01b circuito ligado

Conceitos Básicos

         Todas as substâncias são constituídas de átomos e moléculas .Por exemplo a substância chamada de água, cuja fórmula química é H₂O, é constituída de dois átomos de  hidrogênio (H) e um átomo de oxigênio(O) os quais tem características totalmente diferentes da água.
         Os átomos por sua vez são constituídos  de minúsculas partículas : os  prótons, os elétrons e os nêutrons.Os prótons estão localizados na parte central do átomo chamada de núcleo, enquanto os elétrons giram ao seu redor em órbitas bem definidas, de forma parecida com os planetas girando ao redor do sol.

Nas duas figuras ao lado temos  os desenhos  do modelo mais simples que representa um átomo:  O núcleo central no qual estão os prótons e os nêutrons, e ao redor deste, girando, os elétrons . Existem varias órbitas , com diferentes números de elétrons  girando em cada uma. A última camada, chamada de camada valência  é a que tem maior interesse, pois  a diferença entre os principais materiais usados  na eletrônica tem o seu comportamento determinado pela característica desta camada.

   Prótons e elétrons tem uma propriedade física chamada de carga elétrica.  É por causa da existência das  cargas elétricas  que existe o raio , podemos assistir TV, tomar banho quente no inverno e outras comodidades que antes não existiam pois  as cargas elétricas não tinham sido "domadas ". Cargas elétricas ( elétrons ) em movimento produzem uma corrente elétrica e é essa corrente elétrica que permite que nós tenhamos todas aquelas comodidades.Para gerar uma corrente elétrica precisamos  de um caminho ( condutor ) para as cargas elétricas percorrerem  e de um dispositivo que forneça a energia necessária para que essas cargas  se desloquem por esse caminho. Este dispositivo é chamado de Gerador de Tensão. Pilhas e baterias são exemplos de  geradores  de tensão. Outro elemento importante   são os isolantes , sem os quais não seria possível tudo isso.
        Um isolante não deixa as cargas elétricas se movimentarem pelo seu interior. Plásticos , madeira, borracha, vidro  e o ar são exemplos de isolantes . ( inicio ).

Agora, imagine um montão de elétrons se chocando ao mesmo tempo contra os núcleos !! Haverá uma oposição( resistência ) contra esse movimento

Respondendo a pergunta  do inicio

Observe as figuras a seguir , são semelhantes às do inicio, a diferença é que não tem o interruptor. A lâmpada está apagada pois não existe caminho para as cargas se deslocarem ( na Fig1a interruptor aberto ). Quando um caminho é criado ( no caso da Fig01b fechando o interruptor )  ligando a lâmpada à bateria,  a lâmpada acende ( a energia dos elétrons é convertida em luz ).
           É importante notar  que o caminho  não existe porque o ar é isolante. Observe  que a corrente elétrica tem um sentido bem definido: a corrente sai do pólo positivo , percorre o circuito  e retorna para a bateria entrando pelo pólo negativo pois neste caso a corrente é chamada de CONTÍNUA (CC) e o gerador que a produziu,  GERADOR DE TENSÃO CONTÍNUA. A corrente cujo sentido está indicado na Fig 02b é chamada de corrente convencional ( sai do pólo positivo , percorre o circuito retornando pelo pólo negativo ).  A corrente real , de elétrons,  se movimenta no sentido contrário ao da corrente  convencional . O sentido que é usado é o convencional. 
      Observe que isso não modifica  o funcionamento de qualquer dispositivo eletrônico, é como o  lado  que os carros se movimentam. Qual o correto ? O lado direito ( aqui no Brasil e maioria dos paises)  ou o lado esquerdo da rua ( Inglaterra e alguns paises ) ? Não importa , qualquer que seja o lado, o carro funciona da mesma forma, só devemos ter o cuidado  de lembrar em que pais estamos dirigindo. Pois é a mesma coisa com o sentido da corrente.O SENTIDO QUE ADOTAREMOS É O CONVENCIONAL.

Exemplo de Circuito Elétrico

Circuito elétrico é todo caminho fechado percorrido pelos elétrons, é constituído de no mínimo  um gerador, fios condutores, e de no mínimo um receptor ( lâmpada por exemplo ).

Fig02a: circuito aberto                                                           Fig02b: Circuito fechado

Agora que você já sabe alguns conceitos básicos  qualitativos de eletricidade , precisamos  dar alguns conceitos quantitativos ( valores ) e para isso precisamos conhecer as unidades  de medida das grandezas  que  conhecemos.( inicio ).
Obs: O simulador  do qual foram retiradas as imagens acima  se chama Crocodile Clip, e pode ser obtido livremente.

Para algumas das grandezas acima podemos dar um significado físico.

Assim é que  o Coulomb pode ser definido como sendo a quantidade de carga  correspondente a  6,25x10¹⁸ elétrons.
                                        1C = 6,25x10¹⁸ elétrons.  
1 Ampere corresponde  a um fluxo de 6,25x10¹⁸ elétrons por segundo ou 1Coulomb por segundo
                                     1A=1C/s                genericamente    I =Q/t  ou  Q = I.t

Onde  I é a intensidade da corrente em Amperes (A),  Q a quantidade  de carga ( em C) que atravessa uma secção do condutor no intervalo de tempo t (em s).
 Muitas vezes devemos recorrer ao múltiplo ou ao submúltiplo de uma  unidade . A seguir  os múltiplos e submúltiplos mais  usados das grandezas acima.( inicio )

Exemplo1: A intensidade da corrente em um condutor é de 2A. Qual a quantidade de carga que passa por uma secção do fio em : a) 1s    b)   10s    c)    10ms

R:  De acordo com a expressão dada acima  Q = I.t , onde Q é a carga em C, I a intensidade em A e t o tempo em s. Portanto só precisamos substituir na expressão acima em cada caso:

a)  Q = 2A.1s = 2C      b)  Q = 2A.10s = 20C    c) Q = 2A.10.10^-3s = 20.10^-3A = 20mA.

Resistência Elétrica  - 1^a Lei de OHM

       Você já sabe  que uma  corrente elétrica é  uma movimentação de elétrons.Esses elétrons ao  se deslocarem pelo interior do condutor se chocarão contra os átomos, isto é,  ao se movimentarem os elétrons sofrerão uma oposição . A medida desta oposição é dada pela resistência elétrica do condutor (R) .A resistência elétrica pode ser calculada se  a tensão aplicada (U) e a intensidade da corrente(I) forem conhecidas , sendo calculada  por:
                     

R=U/I  ou    U =R.I      ou ainda    I = U/R

Esta expressão é conhecida por 1^a Lei de OHM, na qual U é especificado em Volts (V) , I em Amperes (A) e a resistência  R será dada em  OHMS (W) .

Se por exemplo a tensão aplicada no condutor for igual a 2V e a corrente resultante for igual a 1A , significa que a resistência do condutor será de R = 2V/1A = 2W . 
         Observe que a resistência do condutor é constante, isto é, se  a tensão aplicada mudar para 10V a relação entre a tensão e a corrente deverá ser a mesma ( 2W ) e para isso a corrente  a corrente deverá ter intensidade  de :
                      I = U / R = 10V/2W = 5A. ( inicio)

Exemplo2:  Qual a intensidade  da corrente em um condutor  que tem resistência de 1000W se a tensão aplicada for de a) 2V     b) 100V      c)   50mV

R: Para cada caso deveremos  especificar  U em Volts e R em OHMS

a)  I = 2V/1000W  = 0,002A = 2mA

b)   I = 100V/1000W  = 0,1A = 100mA

c) I = 50mV/1000W = 50.10^-3V/1000W =50.10^-3/10³W = 50.10^-6A = 50mA

Exemplo3:  Qual deve ser a tensão em um condutor de 10KW  de resistência para a corrente tenha intensidade de : a) 2mA      b) 0,05A    d)  20mA

R:  Para determinar a tensão dado a resistência e a corrente usamos  a1ª Lei de OHM na forma :

      U = R.I se R em OHMS e I em AMPERES  U será obtido em VOLTS

a) U = 10.10³.2.10^-3 = 20V

b) U = 10.10³.5.10^-2= 50.10¹ =500V

c)  U = 10.10³.20.10^-6= 200.10^-3V = 200mV = 0,2V  ( inicio )

Condutância (G)

Dado um condutor de resistência elétrica R, definimos a sua condutância como sendo:

        G = 1/R   a condutância é o inverso da resistência e   R = 1/G
Quanto maior a resistência  menor a condutância. 
Quanto maior a condutância menor a resistência.

A unidade  de condutância é chamada de Siemens(S)

1S é a condutância de um condutor que tem uma resistência de 1W . Se a resistência  é de 2W  então a condutância será de  0,5S ( não esqueça um é o inverso do outro !!!). E se a condutância  fosse de  de 2S, qual seria a resistência ? Fácil!  Como R=1/G  , então  R = 1/2S = 0,5W . Na prática costumamos usar mais  resistência para caracterizar  a capacidade de um material de conduzir bem ou não a corrente, mas existem  algumas  situações onde usamos condutância.

Unidade alternativa de condutância : mho(

).Observe como o símbolo  e o nome  são   o contrário.

Resistores

 Resistores são componentes construídos para apresentar um determinado valor de resistência elétrica. Os materiais mais usados na sua construção são o carbono , metais e ligas.A Fig03 mostra o aspecto físico de um resistor de valor fixo e o seu símbolo.

ou	Resistores de filme metálico de diversas potências
	Resistores para montagem em superfície(SMD).
Fig03: resistor fixo e símbolo	Fig04: Exemplos de resistores fixos -  Filme metálico e SMD

Muitas vezes precisamos que o valor da resistência  varie,( por exemplo quando você está aumentando o volume do seu rádio, variando a luminosidade da lâmpada no painel do carro  ) neste caso deveremos usar um resistor variável. Existem diversos tipos de resistor variável.  A Fig05 mostra  o aspecto físico de um resistor variável e o seu símbolo.       

ou

Fig05:  potenciômetro  ( resistor variável ) de carvão  e simbologia

  Código de Cores

Os valores de resistência  não podem ser quaisquer ( senão viraria uma bagunça !! ) , sendo padronizados, e na maioria das vezes não são escritos , mas sim codificados na forma de anéis coloridos colocados ao redor do corpo do resistor. No caso mais comum são 4 faixas coloridas , as três primeiras se referem ao valor nominal e a quarta à tolerância. A Fig06 mostra  o código de cores.( inicio ). Maiores Informações consultar o livro Analise de Circuitos em Corrente Contínua - Rômulo O. Albuquerque - Ed. Érica

	Código de Cores Cor 1ºA.S(A) 2ºA.S(B) Mult.(C) Tol(D) nenhuma - - - ±20 Prata - - 10-2  ±10 Ouro - - 10-1   ±5 Preto - 0 100    Marrom 1 1 101 ±1 Vermelho 2 2 102  ±2 Laranja 3 3 103    Amarelo 4 4 104    Verde 5 5 105     Azul 6 6 106    Violeta 7 7 107    Cinza 8 8 108    Branco 9 9 109
Fig06 : Código de Cores

Como deveremos ler o código de um resistor ? De acordo com a Fig07, temos 4 anéis coloridos ( no caso de resistores de filme metálico são 5 faixas ):      
A  primeira faixa representará o 1º algarismo significativo(1AS), a segunda faixa o 2º algarismo significativo (2AS)  a terceira o fator de multiplicação e a quarta faixa a tolerância . Aseguir um exemplo para esclarecer melhor.

	Exemplo4: Seja um resistor que tem  as três primeiras faixas vermelhas e a quarta prata. Qual o seu valor nominal ? Solução: de acordo com o código de cores vermelho = 2 e prata quando é a quarta faixa ( tolerância é 10% ), logo:   R = 22.102 ±10% = 2200W ±220 . O valor nominal é2K2 e com essa tolerância é possível  encontrar resistores com valor efetivo de  1980W a 2420W
Fig07: Código de cores

Como sugestão para se aprender o código de cores, sugiro que você compre vários resistores de  diversos valores  e todos os dias separe-os. ( inicio )

Obs: para o primeiro e segundo algarismos significativos existem vários valores permitidos, mas os mais encontrados são:

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