Circuito elétrico
O circuito elétrico mais simples é composto por um gerador (ou fonte), por um receptor (ou carga do circuito) e pelos condutores que os interligam.
O gerador elétrico recebe energia externa (mecânica, química ou luminosa) e energiza eletricamente as cargas de seu interior. Um dos terminais fica então eletricamente energizado em relação ao outro terminal.
Se um circuito elétrico externo interliga os terminais do gerador, a energia das cargas elétricas dos terminais do gerador se propaga para as cargas elétricas desse circuito que, energizadas, põe-se em movimento através do circuito. Pelo fato de colocar as cargas em movimento, a tensão do gerador é chamada também força eletromotriz (fem).
As cargas em movimento na verdade são os elétrons.
Corrente elétrica
À medida que se movem, as cargas transferem ao circuito receptor a energia que receberam no gerador. No receptor essa energia é transformada em outra forma de energia. O citado movimento é a corrente elétrica, e sua intensidade, também chamada amperagem (quantidade de cargas que passam por segundo; coulombs por segundo) – simbolizada por I -, é medida em ampere – A.
A título de curiosidade um ampere equivale a passagem aproximada de 625 pentilhões de elétrons por segundo – 625.000.000.000.000.000.000. A movimentação das cargas é tanto maior quanto mais energia recebem. Ou seja, quanto maior for a tensão aplicada maior é a corrente.
A lei de OHM
A movimentação das cargas é tanto maior quanto mais energia recebem. Ou seja quanto maior for a tensão aplicada maior é a corrente.
A constituição física do circuito de corrente facilita ou dificulta o movimento das cargas. Se os elétrons de valência dos átomos que compõem o circuito estão muito presos a eles, então o circuito apresenta grande dificuldade à movimentação das cargas.
Quanto maior for a quantidade de energia necessária para por em movimento as cargas elétricas do circuito, maior é a chamada resistência elétrica de tal circuito. A movimentação das cargas é, portanto, menor, quanto maior for a dificuldade ou resistência – R – imposta pelo circuito à passagem das cargas. Para se conseguir a movimentação das cargas é necessária diferença de potencial de valor tanto maior quanto maior for a movimentação desejada e também quanto maior for a resistência do circuito:
Tal equação denomina-se lei de Ohm. A razão entre tensão e corrente tem como unidade o ohm. A equação mostrada pode, é, claro ser reescrita :
I = V/ R e R = V/ I
A energia no receptor pode ser calculada por E = V x I x t , onde
| E | é a energia em joules |
| V | a tensão em volts |
| I | a corrente em ampères |
| t | o tempo em segundos |
| R | a resistência em ohms |
Potência elétrica
A velocidade de transferência ou conversão da energia elétrica por unidade de tempo, – a energia por segundo – é denominada potência elétrica A potência elétrica – P – é medida em watts – W- e pode ser calculada pelo produto da tensão (V) pela corrente (I). P = V x I
Uma observação importante é que tal fórmula é válida para circuitos onde as variações da tensão provocam proporcionais e simultâneas variações da corrente. Para outros circuitos, os reativos, é necessário levar em conta o fator de potência.
Cada receptor tem a função de converter a energia elétrica em um determinado tipo de energia. Por exemplo, o motor converte a energia em movimento, a lâmpada em luminosa, uma bateria carregando em química e um resistor em térmica.
O efeito joule
Todos os circuitos elétricos apresentam resistência não só no receptor (o ideal) como também nos condutores e no gerador. As cargas perdem energia para transpor a resistência do circuito. Essa energia é convertida em energia térmica, que produz aquecimento. O efeito de aquecimento produzido pela passagem da corrente na resistência se chama efeito joule. O efeito joule é útil nos resistores de aquecimento, mas é muito inconveniente em todos os outros dispositivos. A energia convertida por efeito joule pode ser calculada por E = RI^2t
Perda de energia nos condutores
Nos condutores é totalmente indesejável que haja o efeito joule, que se reflete em seu aquecimento e em diminuição da tensão disponível para o receptor. Para reduzir ao máximo a perda de energia, a resistência dos condutores que ligam o gerador ao receptor deve ser a menor possível o que significa que a área de secção transversal deve ser a maior possível. A área de secção transversal (bitola) mínima é calculada em função de dois parâmetros: capacidade de corrente e queda de tensão admissível. A bitola escolhida para o condutor deverá ser tanto maior quanto maior for a corrente e a distância entre o gerador e o receptor A escolha da bitola do condutor é denominada dimensionamento do condutor.
O dimensionamento do condutor que servirá a uma instalação deve em primeiro lugar levar em consideração a corrente que deve conduzir; em segundo lugar a queda de tensão admissível no circuito. Os fabricantes de condutores fornecem tabelas com os condutores fabricados identificados pelas suas bitolas e capacidades correspondentes em ampères, também chamada ampacidade.