Antes de estudarmos as leis básicas dos circuitos elétricos, precisamos conhecer as grandezas elétricas e o que elas representam.
A compreensão das analogias que faremos é importante, pois facilitam a interpretação dos problemas.
Para comparar as grandezas elétricas com grandezas do dia-a-dia faremos analogias com a água.
Veja a lista de posts do Curso Circuitos Elétricos em sequência.
Carga
A primeira das grandezas elétricas, carga é o meio de transporte de energia elétrica.
Na nossa analogia a carga elétrica é a água.
Assim como podemos acumular água em uma caixa ou balde, é possível acumular carga elétrica em um objeto.
No sistema de distribuição de água queremos que a água flua do reservatório, através dos canos da distribuidora para abastecer as casas das pessoas. Em um circuito elétrico queremos que carga flua da fonte, através dos condutores para alimentar o circuito.
A carga é medida em coulomb [C], assim como a água é medida em litros [L].
Geralmente denotamos carga pela variável Q.
Corrente
A segunda das grandezas elétricas, corrente é o fluxo de cargas em um condutor.
Na nossa analogia a corrente elétrica em um condutor é o fluxo de água em um cano (água em movimento através do cano).
Para acumular água em um balde, precisamos que haja um fluxo de água para dentro do balde, vindo de alguma mangueira ou cano. Da mesma forma, para que possamos acumular carga em um objeto é necessário que haja fluxo de cargas nele, ou seja, que haja corrente.
A corrente é medida em ampère [A], ou coulomb/segundo [C/s], assim como o fluxo de água é medido em litros/segundo [L/s].
Geralmente denotamos corrente pela variável I.
Podemos calcular toda a carga que atravessou por um condutor integrando a corrente que por ele passa. Para descrever isso matematicamente utilizamos a equação a seguir.
∆Q = ∫ I dt = I ∆t
Podemos também calcular a corrente que passa por um condutor derivando a carga que o atravessou.
I = dQ/dt = ∆Q/∆t
Tensão
A terceira das grandezas elétricas, tensão é a energia potencial elétrica. Vamos pensar na tensão entre dois terminais de uma bateria. A tensão, ou energia potencial elétrica, determina qual a energia que será gasta ao fornecer carga a bateria.
Na nossa analogia a tensão elétrica entre os terminais de uma bateria é como a altura em que se encontra uma caixa de água. Enquanto mais alta for a caixa de água, mais energia é necessário para colocar água lá (mais energia potencial gravitacional).
Assim como podemos gastar energia para fornecer cargas para a bateria (colocar mais água na caixa), podemos também absorver cargas da bateria (retirar água da caixa) para extrair energia da bateria.
A tensão elétrica é medida em volts [V], ou joules/coulomb [J/C], assim como a energia potencial gravitacional da água pode ser medida em joules/litro [J/L].
Geralmente denotamos tensão pela variável V.
Potência
A quarta das grandezas elétricas, potência é definida como a quantidade de energia gasta por unidade de tempo.
A potência é medida em watts [W], ou joules/segundo [J/s].
Geralmente denotamos tensão pela variável P, e a definimos como sendo o produto da tensão elétrica pela corrente elétrica.
P=VI
Como exemplo, para carregarmos uma bateria de 5 V com 2 A, precisamos fornecer uma potência de 2 A×5 V = 10 W para a bateria.
Da mesma forma, para levarmos 2 L/s para uma caixa de água, a cada segundo devemos vencer a energia potencial gravitacional da caixa para cada um dos litros de água.
Note que as dimensões elétricas estão de acordo, pois [V][A] = [J/C][C/s] = [J/s] = [W].
Energia
A quinta das grandezas elétricas, energia é medida em joules [J].
Geralmente denotamos tensão pela variável W.
Como a potência é definida como a quantidade de energia gasta por unidade de tempo, a energia é então a integral da potência.
W = ∫ P dt = P ∆t
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