A lei de Ohm é uma das leis fundamentais da física e da engenharia elétrica. Foi formulado pelo físico alemão Georg Simon Ohm em 1827 e descreve a relação entre corrente elétrica, tensão e resistência em um circuito elétrico.
Neste artigo iremos abordar a definição, explicar a fórmula e explicar as características e conceitos fundamentais relacionados a esta lei.
Definição da Lei de Ohm
A lei de Ohm é uma lei da eletricidade que afirma que: “a intensidade de uma corrente contínua é diretamente proporcional à diferença de potencial e inversamente proporcional à resistência do circuito”.
Fórmula da Lei de Ohm
Em termos matemáticos, a lei de Ohm é aplicada pela equação:
Onde:
-
R é a resistência elétrica. Por resistência nos referimos ao obstáculo que a corrente encontra em seu caminho, quanto mais alto for, mais difícil será para a corrente atravessá-lo. A unidade de medida da resistência é ohms, simbolizada pela letra grega ômega (Ω).
-
I é a intensidade de uma corrente elétrica que passa por um condutor expressa em Amperes (A).
-
V é a tensão. Por tensão, entretanto, nos referimos à diferença de potencial entre um ponto em relação a outro, expressa em Volts (V).
A intensidade da corrente das cargas elétricas é diretamente proporcional à tensão aplicada e inversamente proporcional à resistência.
Já para a tensão, quanto maior ela for, maior será a força atrativa que ela gera para movimentar as cargas, portanto para o mesmo valor resistivo será diretamente proporcional à corrente.
Qual é o triângulo da lei de Ohm?
O triângulo da lei de Ohm é um truque para lembrar a fórmula.
Para obter a fórmula do triângulo temos que cobrir com a mão a variável que queremos obter. Se os dois elementos restantes estiverem um sobre o outro, eles são divididos; se estiverem em linha, são multiplicados.
As três combinações possíveis são:
-
Eu = V/R
-
V = eu · R
-
R= V/EU
Componentes principais da lei de Ohm
Para compreender completamente a lei de Ohm, é essencial analisar os três principais componentes envolvidos: tensão, corrente e resistência.
Tensão
A tensão, também conhecida como diferença de potencial ou tensão, é a força que impulsiona os elétrons a se moverem através de um condutor. É uma medida da energia potencial elétrica por unidade de carga.
Quando há uma diferença de potencial entre dois pontos de um circuito, os elétrons fluem do ponto de maior potencial para o ponto de menor potencial. Esse fluxo de elétrons é o que chamamos de corrente elétrica.
A tensão é medida em volts (V), e uma forma de visualizá-la é pensar em um sistema hidráulico. Se considerarmos a água em um cano, a voltagem seria equivalente à pressão que empurra a água através do cano. Quanto maior a pressão, maior o fluxo de água.
Resistência
A resistência é uma medida da oposição ao fluxo de corrente em um condutor. É medido em ohms (Ω) e seu valor depende do material, formato e temperatura do condutor. Condutores com alta resistência dificultam o fluxo de corrente, enquanto condutores com baixa resistência permitem que a corrente flua facilmente.
A resistência é influenciada por fatores como comprimento e área da seção transversal do condutor. De acordo com a lei da resistência dos materiais, a resistência é diretamente proporcional ao comprimento do condutor e inversamente proporcional à sua área de seção transversal. Materiais condutores, como cobre e alumínio, apresentam baixa resistência, enquanto materiais não condutores, como madeira e plástico, apresentam alta resistência.
Corrente elétrica
Corrente elétrica é o fluxo de elétrons através de um condutor. É medido em amperes (A) e pode ser comparado à quantidade de água que flui através de um cano. Em um circuito elétrico, a corrente é o fluxo líquido de carga através de uma área da seção transversal do condutor por unidade de tempo.
Existem dois tipos principais de corrente: corrente contínua (CC) e corrente alternada (CA). Na corrente contínua, os elétrons fluem em uma direção constante, enquanto na corrente alternada, os elétrons mudam de direção periodicamente.
A lei de Ohm se aplica a ambos os tipos de corrente, mas em sistemas de corrente alternada, fatores como a impedância (uma combinação de resistência, capacitância e indutância) também desempenham um papel importante.
Explicação da lei de Ohm com um exemplo
Para entender melhor a lei de Ohm usaremos um exemplo hidráulico simples:
Vamos imaginar uma mangueira conectada ao tanque de um caminhão de bombeiros.
-
Tensão (V). A tensão equivale à potência da bomba d'água do caminhão. A bomba d'água “aplica uma tensão” ao circuito.
-
Resistência (R). A resistência do circuito elétrico é equivalente à resistência oferecida pela mangueira (diâmetro). Se a mangueira tiver um diâmetro grande, a água fluirá mais facilmente do que se o diâmetro for pequeno. No exemplo do circuito elétrico, o conceito de resistência é equivalente mas é expresso em Ohms (Ω).
-
Intensidade atual (I). No nosso exemplo, intensidade é o número de moléculas de água que fluem através de uma secção da mangueira por unidade de tempo. Num circuito elétrico, o equivalente às moléculas são cargas elétricas.
Neste símile, é fácil entender que se aumentarmos a capacidade da bomba (tensão) a vazão (intensidade) da água aumentará. Da mesma forma, se usarmos uma mangueira menor (maior resistência), a vazão também diminuirá.
Limitações da lei
Embora a Lei de Ohm seja extremamente útil, ela tem algumas limitações. A principal limitação é que só se aplica a materiais e componentes que se comportam linearmente, ou seja, aqueles que possuem uma relação linear entre tensão e corrente. Esses materiais são chamados de “ôhmicos” e sua resistência é constante independentemente da tensão e da corrente.
No entanto, nem todos os materiais se comportam de forma ôhmica. Os semicondutores, como o silício, têm uma relação não linear entre tensão e corrente, o que significa que a sua resistência muda com a tensão aplicada. Dispositivos como diodos e transistores não seguem rigorosamente a Lei de Ohm, pois seu comportamento é mais complexo.
Além disso, em circuitos de corrente alternada (CA) onde há capacitância e indutância, a Lei de Ohm deve ser modificada para levar em conta a impedância, que é a oposição total ao fluxo de corrente, incluindo resistência, capacitância e indutância.
Lei de Ohm e energia elétrica
Às vezes, a fórmula da energia elétrica é usada aplicando a lei de Ohm.
A fórmula de potência é a seguinte (com unidade de watts):
P = V · I, (potência = tensão x corrente)
e suas variantes: V = P / I e I = P/V,
As duas variantes podem ser substituídas na fórmula da lei de Ohm. Por exemplo, se partirmos da fórmula para calcular a tensão e substituir teremos a seguinte fórmula:
V = (P/V) · R
Isolando a potência ficamos com o seguinte:
V² · R = P
História da Lei de Ohm
A Lei de Ohm foi descoberta e publicada por Georg Simon Ohm em seu livro Die galvanische Kette, mathematisch bearbeitet em 1827. Embora sua descoberta seja agora amplamente reconhecida como um avanço fundamental na física e na engenharia elétrica, em sua época ela não foi recebida com tanto entusiasmo. .
Muitos cientistas contemporâneos não compreenderam completamente o significado do seu trabalho e Ohm não recebeu o reconhecimento imediato que merecia.
O contexto histórico em que Ohm formulou sua lei é importante para compreender a magnitude de sua descoberta. No início do século XIX, os cientistas começavam a explorar as propriedades da eletricidade e do magnetismo, mas os fundamentos destes fenómenos não eram bem compreendidos. As primeiras pesquisas sobre eletricidade concentravam-se principalmente em fenômenos eletrostáticos (cargas elétricas em repouso), e a compreensão da corrente elétrica (cargas em movimento) era rudimentar.
Ohm realizou uma série de experimentos cuidadosos usando fios condutores e diferentes fontes de tensão para medir a relação entre a corrente que flui através dos condutores e a tensão aplicada. A partir desses experimentos, ele formulou a lei que leva seu nome, que descrevia matematicamente a relação entre esses três elementos.
Apesar da resistência inicial da comunidade científica, o trabalho de Ohm lançou as bases para o desenvolvimento da teoria elétrica e teve um impacto duradouro na engenharia e na tecnologia. Em reconhecimento às suas contribuições, a unidade de resistência elétrica do Sistema Internacional de Unidades (SI) foi nomeada em sua homenagem: o ohm (Ω).