Resistência Elétrica

Na eletricidade básica a resistencia elétrica é classificada como uma das grandezas fundamentais chamadas de grandezas elétricas, presente em todo circuito elétrico (não pode ser dissociado). A unidade de resistência no Sistema Internacional de Unidades (SI), é medida em ohms.

Quando uma corrente elétrica é estabelecida em um condutor metálico, um número muito elevado de elétrons livres passa a se deslocar nesse condutor. Nesse movimento, os elétrons colidem entre si e também contra os átomos que constituem o metal. Portanto, os elétrons encontram uma certa dificuldade para se deslocar, isto é, existe uma resistência à passagem da corrente no condutor.

Os fatores que influenciam na resistência de um dado condutor são:

• A resistência de um condutor é tanto maior quanto maior for seu comprimento.
• A resistência de um condutor é tanto maior quanto menor for a área de sua seção transversal, isto é, quanto mais fino for o condutor.
• A resistência de um condutor depende da resistividade do material de que ele é feito. A resistividade, por sua vez, depende da temperatura na qual o condutor se encontra.

Esses fatores que influenciam a resistência de um condutor podem ser resumidos pela Segunda Lei de Ohm

${\displaystyle R=\rho {\ell \over A}}$

ρ é a resistividade elétrica do condutor;
R é a resistência elétrica do material;
${\displaystyle \ell }$ é o comprimento do condutor;
A é a área da seção do condutor.

Essa relação vale apenas para materiais uniformes e isotrópicos, com seções transversais também uniformes.

 Ver artigo principal: Efeito Joule

Um condutor metálico, ao ser percorrido por uma corrente elétrica, se aquece. Num ferro de passar roupa, num secador de cabelos ou numa estufa elétrica, o calor é produzido pela corrente que atravessa um fio metálico, representa o fenômeno chamado efeito Joule, deve-se aos choques dos elétrons contra os átomos do condutor. Em decorrência desses choques dos elétrons contra os átomos do retículo cristalino, a energia cinética média de oscilação de todos os átomos aumenta. Isso se manifesta como um aumento da temperatura do condutor. O efeito Joule é a transformação de energia elétrica em energia térmica.

A característica tensão-corrente de um sistema de várias resistências tem sempre o mesmo aspecto que a caraterística de uma única resistência; nomeadamente, é uma reta que passa pela origem. O declive dessa reta é a resistência equivalente. Podemos usar algumas regras simples para calcular a resistência equivalente, quando as resistências estiverem ligadas em série ou em paralelo.

Duas resistências estarão ligadas em série, quando uma estiver a seguir à outra, sem nenhum outro elemento de circuito no meio, como se mostra na figura ao lado:

 

Num sistema de duas resistências ligadas em série, a corrente é a mesma nas duas resistências. A diferença de potencial no sistema é a soma das diferenças de potencial em cada resistência:

${\displaystyle \Delta V=\Delta V_{1}+\Delta V_{2}=(R_{1}+R_{2}){\mathit {I}}}$ 

Assim, o sistema é equivalente a uma única resistência ${\displaystyle R_{s}}$  com valor igual à soma das duas resistências.

${\displaystyle R_{s}=R_{1}+R_{2}}$ 

Diz-se que duas resistências estão ligadas em paralelo , se os dois terminais de cada uma das resistências estiverem ligados entre os mesmos pontos, como mostra a figura a seguir:

 

Num sistema de duas resistências ligadas em paralelo, a diferença de potencial é a mesma nas duas resistências. A corrente no sistema é a soma das correntes em cada resistência:

${\displaystyle {\mathit {I}}={\mathit {I}}_{1}+{\mathit {I}}_{2}={\Bigg (}{\frac {1}{R_{1}}}+{\frac {1}{R_{2}}}{\Bigg )}\Delta V}$ 

Assim, o sistema é equivalente a uma única resistência ${\displaystyle R_{p}}$  que verifica a equação:

${\displaystyle {\frac {1}{R_{p}}}={\frac {1}{R_{1}}}+{\frac {1}{R_{2}}}\qquad ou\qquad R_{p}=R_{1}||R_{2}={\frac {R_{1}R_{2}}{R_{1}+R_{2}}}}$ 

Em alguns sistemas com várias resistências é possível simplificar o sistema substituindo sucessivamente as resistências que se encontrarem em série ou em paralelo por uma resistência equivalente, até obter uma única resistência equivalente.

No sistema internacional de unidades, a unidade usada para medir a resistência é o ohm, designado pela letra grega omega maiúscula,${\displaystyle \Omega }$  Uma resistência de 1 ohm é uma resistência em que uma tensão de 1 volt produz uma corrente de 1 ampere:

${\displaystyle 1\Omega =1{\frac {\mathrm {V} }{\mathrm {A} }}}$ 

Usando a lei de Ohm, a potência dissipada por efeito Joule numa resistência ${\displaystyle P=(I\,\Delta V)}$  pode ser escrita em função do valor da resistência:

${\displaystyle P=R\,I^{2}={\frac {\Delta V^{2}}{R}}}$ 

Assim, a especificação da potência de um dispositivo elétrico tem implícito um valor da diferença de potencial (tensão) que deverá ser usado para o seu correto funcionamento. Quanto maior for essa potencia nominal, menor será a resistência do dispositivo.

Caso os valores dos resistores sejam iguais, a resistência equivalente é igual ao valor de uma das resistências dividido pelo número de resistores utilizados

${\displaystyle R.eq.=R/N}$ 

onde N = Número de resistores, em outras palavras,

A Resistência Equivalente com dois resistores de valores diferentes pode ser definido da seguinte forma:

${\displaystyle R_{eq}=R_{1}||R_{2}={\frac {R_{1}.R_{2}}{R_{1}+R_{2}}}}$ 

Para mais de dois resistores associados em paralelo deve-se aplicar a seguinte equação:

${\displaystyle {\frac {1}{R_{eq}}}={\frac {1}{R_{1}}}+{\frac {1}{R_{2}}}+{\frac {1}{R_{3}}}+{\frac {1}{R_{n}}}}$ 

 

A potência elétrica que dissipa um elemento de um circuito, por exemplo, uma lâmpada, é igual ao produto da diferença de potencial e a corrente no elemento: ${\displaystyle P=I\Delta V}$ .

Duas lâmpadas diferentes podem ter diferentes valores da potência, com o mesmo valor da tensão.

Por exemplo, existem lâmpadas pequenas de 12 V com potências de 1 W e de 2 W; isso indica que para o mesmo valor da diferença de potencial, a corrente na lâmpada de 2 W é o dobro do que a corrente na lâmpada de 1 W.

Cada elemento de circuito tem uma curva caraterística que mostra os valores resultantes da corrente, ${\displaystyle I}$  , para diferentes valores da diferença de potencial, ${\displaystyle \Delta V}$  A figura ao lado mostra algumas dessas curvas caraterísticas, para três elementos de circuito diferentes.

 

Em alguns condutores (o caso (a) na figura acima), designados de ôhmicos, a curva caraterística é uma reta que passa pela origem. Essa relação linear entre ${\displaystyle {\mathit {I}}}$  e ${\displaystyle \Delta V}$  expressa-se matematicamente com a Lei de Ohm:

${\displaystyle \Delta V=R{\mathit {I}}}$ 

Onde R é uma constante resistência, que corresponde ao declive da caraterística tensão-corrente. Um condutor ôhmico designa-se simplesmente de resistência. A figura ao lado mostra o diagrama usado para representar nos circuitos uma resistência.

Nos materiais não ôhmicos o declive não é constante, o que indica que a resistência é diferente para diferentes valores da diferença de potencial.

 

Uma pilha ou bateria fornece energia eletrostática, devido às reações químicas entre os elétrodos e o eletrólito, mas também dissipa alguma energia em calor, devido à passagem de cargas pelos elétrodos e pelo eletrólito.

Assim, a caraterística da bateria é a soma da função constante ${\displaystyle \Delta V=\varepsilon }$  mais a caraterística de uma resistência r.

A ordenada na origem é o valor da fem, e o declive é a resistência interna da pilha. Assim, o diagrama de circuito correspondente deverá incluir uma fem ligada em série com uma resistência (ver figura ao lado).

A barra mais fina e mais comprida, na representação gráfica da fem, representa o elétrodo positivo, e a barra mais curta e grossa o elétrodo negativo.

 

No lado em que I é negativa no gráfico, quer dizer que a corrente entra na bateria pelo elétrodo negativo e sai pelo elétrodo positivo. Esse é o modo normal de funcionamento das baterias; nessas condições a bateria funciona como gerador, as cargas de condução ganham energia potencial na passagem pela bateria. A bateria fornece potência elétrica; parte dessa potência fornecida pelas reações químicas é dissipada em calor dentro da própria bateria.

No lado em que I é positiva no gráfico , a corrente entra na bateria pelo elétrodo positivo e sai pelo elétrodo negativo. As cargas perdem energia potencial durante a sua passagem pela bateria. Assim, deverá existir outra bateria externa que fornece energia às cargas de condução e que mantem a diferença de potencial entre os elétrodos por cima do valor da fem. Diz-se que a bateria está a funcionar como receptor.

É costume representar a corrente na bateria em valor absoluto. Assim, os dois modos de funcionamento da bateria aparecerão no mesmo quadrante da caraterística tensão-corrente. Nos dois ramos, o valor absoluto do declive é igual à resistência interna r.

No modo de gerador, a diferença de potencial entre os elétrodos é:

${\displaystyle \Delta V_{\text{gerador}}=\varepsilon -r\,I}$ 

 

o sentido da corrente implica que as cargas de condução ganham energia na passagem pela fem, mas dissipam alguma dessa energia na resistência interna. A potência total fornecida

pela bateria é a potencia fornecida pela fem ${\displaystyle (I\varepsilon )}$  , menos a potência dissipada na resistência interna ${\displaystyle (I^{2}r)}$ .

 

No modo de receptor, a diferença de potencial entre os elétrodos é:

${\displaystyle \Delta V_{\text{receptor}}=\varepsilon +r\,I}$ 

neste caso, as cargas de condução perdem energia na fem e na resistência interna. A potência total dissipada na bateria será a soma da potência dissipada na fem ${\displaystyle (I\varepsilon )}$  , mais a potência dissipada na resistência interna ${\displaystyle (I^{2}r)}$ . A parte da potência dissipada devida à fem, poderá ser usada para inverter as reações químicas entre os elétrodos e o eletrólito, se a bateria for recarregável; caso contrário, essa potência também é dissipada em calor.

• Condutância elétrica
• Impedância elétrica
• Resistividade
• Resistência de folha