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Engenharia de Minas (5º Período) Eletricidade Resistência Elétrica e Leis de Ohm Prof. Gabriel Antônio Taquêti Silva gabriel.silva@ifes.edu.br Conceito de Resistência Elétrica • A resistência é a característica elétrica dos materiais, que representa a oposição à passagem da corrente elétrica. • Essa oposição à condução da corrente elétrica é provocada, principalmente, pela dificuldade de os elétrons livres se movimentarem pela estrutura atômica dos materiais. • A resistência elétrica é representada pela letra R e sua unidade de medida é ohm [Ω]. 2 Conceito de Resistência Elétrica • O choque dos elétrons com os átomos provoca a transferência de parte da sua energia para eles, que passam a vibrar com mais intensidade, aumentando a temperatura do material. • Esse aumento de temperatura do material devido à passagem da corrente elétrica é denominado efeito Joule. 3 Primeira Lei de Ohm • Uma resistência comporta-se como um bipolo passivo, isto é, consome energia elétrica fornecida por uma fonte de alimentação, provocando queda de potencial no circuito quando uma corrente passa por ela. • A intensidade dessa corrente I depende do valor da tensão V aplicada e da própria resistência R. 4 Primeira Lei de Ohm • No circuito abaixo, para cada tensão aplicada à resistência (V1, V2, ... Vn), obtém-se uma corrente diferente (I1, I2, ... In). • Fazendo a relação entre V e I para cada caso, observa-se que: 𝑉𝑉1 𝐼𝐼1 = 𝑉𝑉2 𝐼𝐼2 = ⋯ = 𝑉𝑉𝑛𝑛 𝐼𝐼𝑛𝑛 = 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐 5 Primeira Lei de Ohm • Essa característica linear é o que chamamos de comportamento ôhmico. • Esse valor constante equivale à resistência elétrica R do material, cuja unidade de medida é volt/ampère [V/A] ou, como é denominada comumente, ohm [Ω]. • A relação entre tensão, corrente e resistência é denominada primeira lei de Ohm: 𝑉𝑉 = 𝑅𝑅 ∙ 𝐼𝐼 6 Primeira Lei de Ohm Condutância • A condutância é outra característica dos materiais e, ao contrário da resistência, expressa a facilidade com que a corrente elétrica pode atravessá- los. • Assim, a expressão da condutância é o inverso da resistência, sendo simbolizada pela letra G, cuja unidade de medida é 1/ohm [Ω-1] ou siemens [S]: 𝐺𝐺 = 1 𝑅𝑅 7 Informações Adicionais sobre Resistências Resistências Ôhmicas e Não Ôhmicas • A maioria das resistências elétricas tem um comportamento ôhmico (linear). • Porém alguns materiais, principalmente os sensíveis ao calor e à luz, apresentam um comportamento não ôhmico (não linear). 8 Informações Adicionais sobre Resistências Resistências Ôhmicas e Não Ôhmicas • No caso da resistência linear, o seu valor ôhmico independe da tensão aplicada. 𝑅𝑅 = 𝑉𝑉1 𝐼𝐼1 = 𝑉𝑉2 𝐼𝐼2 • Já, para a resistência não linear, o seu valor ôhmico depende da tensão aplicada, tendo um valor específico para cada condição de operação. 𝑅𝑅1 = 𝑉𝑉1𝐼𝐼1 ≠ 𝑅𝑅2 = 𝑉𝑉2𝐼𝐼2 9 Informações Adicionais sobre Resistências Curto-circuito • Quando ligamos um condutor (𝑅𝑅 ≅ 0) diretamente entre os polos de uma fonte de alimentação ou de uma tomada da rede elétrica, a corrente tende a ser extremamente elevada. • Essa condição é denominada curto-circuito, devendo ser evitada, pois a corrente alta produz um calor intenso por efeito Joule, podendo danificar a fonte de alimentação ou provocar incêndio na instalação elétrica. 10 Informações Adicionais sobre Resistências Curto-circuito • Por isso é comum o uso de dispositivos de proteção, como disjuntores e fusíveis. 11 Resistências Fixas • O resistor é um dispositivo cujo valor de resistência, sob condições normais, permanece constante. Obs.: SMD (Surface Mounting Device). 12 Resistências Fixas Potência • A potência está relacionada ao efeito Joule, isto é, ao aquecimento provocado pela passagem da corrente pela resistência. • Por isso, o fabricante informa qual é a potência máxima que o resistor suporta sem alterar o seu valor além da tolerância prevista e sem danificá- lo. Tolerância • Os resistores não são componentes ideais. Por isso, os fabricantes fornecem o seu valor nominal acompanhado de uma tolerância, que nada mais é do que a sua margem de erro, expressando a faixa de valores prevista para ele. • Assim, o valor real de um resistor pode estar compreendido entre um valor mínimo e máximo. 13 Resistências Fixas Código de Cores • Os resistores de maior potência, por terem maiores dimensões, podem ter gravados em seus corpos os seus valores nominais e tolerâncias. Porém, os resistores de baixa potência são muito pequenos, tornando inviável essa gravação. • Assim sendo, gravam-se nos resistores anéis coloridos que, a partir de um código de cores preestabelecido, informam os seus valores nominais e tolerâncias. • Existem dois códigos de cores: um para resistores de 5% e 10% de tolerância, formado por quatro anéis; outro para resistores de 1% e 2% de tolerância (resistores de precisão), formado por cinco anéis. 14 Resistências Fixas 15 Resistências Fixas Importante: • Num esquema elétrico, ao identificar o valor de um resistor, é comum substituir a vírgula pela letra R ou por um prefixo métrico. • Na prática, isso é feito para evitar que uma falha de impressão na vírgula ou uma mancha resultem na leitura errada do valor do resistor. 16 Resistências Variáveis • A resistência variável é aquela que possui uma haste para o ajuste manual da resistência entre os seus terminais. • As resistências variáveis possuem três terminais. A resistência entre as duas extremidades é o seu valor nominal (resistência máxima). A resistência ajustada é obtida entre uma das extremidades e o terminal central, que é acoplado mecanicamente à haste de ajuste. 17 Resistências Variáveis Potenciômetro • Os potenciômetros rotativos e deslizantes são utilizados em equipamentos que precisam da atuação constante do usuário, como o controle de volume de um amplificador de áudio. 18 Resistências Variáveis Trimpot • O trimpot é utilizado em equipamentos que necessitam de calibração ou ajuste interno, cuja ação não deve ficar acessível ao usuário, como nos instrumentos de medidas. 19 Resistências Variáveis Reostato • O reostato é uma resistência variável de alta potência, sendo utilizado em instalações que operam com altas correntes elétricas, como o controle de motores elétricos. 20 Resistências Variáveis Década Resistiva • A década resistiva é um equipamento de laboratório, utilizado para fornecer resistências com valores precisos para a realização de determinados experimentos. 21 Ohmímetro • O instrumento que mede resistência elétrica é chamado de ohmímetro. • Para medir a resistência elétrica de uma resistência fixa ou variável, ou ainda, de um conjunto de resistores interligados, é preciso que eles não estejam submetidos a nenhuma tensão, pois isso poderia acarretar erro de medida ou até danificar o instrumento. Assim, é necessário desconectar o dispositivo do circuito para a medida de sua resistência. • Para a medida os terminais do ohmímetro devem ser ligados em paralelo com o dispositivo ou circuito a ser medido, sem se importar com a polaridade dos terminais do ohmímetro. 22 Ohmímetro Atenção: Nunca segure os dois terminais do dispositivo a ser medido com as mãos, pois a resistência do corpo humano pode interferir na medida, causando erro. 23 Ohmímetro No ohmímetro analógico, o procedimento para a realização damedida é: 1. Escolhe-se a escala desejada; 2. Curto-circuitam-se os terminais do ohmímetro, provocando a deflexão total do ponteiro; 3. Ajusta-se o potenciômetro de ajuste de zero até que o ponteiro indique R=0; 4. Abrem-se os terminais e mede-se a resistência; 5. A leitura é feita multiplicando o valor indicado pelo ponteiro pelo múltiplo da escala selecionada. 24 Ohmímetro Observações • Por causa da não linearidade da escala, as leituras mais precisas no ohmímetro analógico são feitas na região central da escala graduada. • No procedimento de ajuste de zero, caso o ponteiro não atinja o ponto zero, significa que a bateria do multímetro está fraca, devendo ser substituída. • O procedimento de ajuste de zero deve ser repetido a cada mudança de escala. 25 Segunda Lei de Ohm • A segunda lei de Ohm estabelece a relação entre a resistência de um material com a sua natureza e suas dimensões. • Quanto à natureza, os materiais se diferenciam por suas resistividades, característica que é representada pela letra grega ρ (rô), cuja unidade de medida é ohm.metro [Ω.m]. • Quanto às dimensões do material, são importantes o seu comprimento L, em [m], e a área da seção transversal S, em [m2]. 26 Segunda Lei de Ohm • A segunda lei de Ohm expressa a relação entre essas características da seguinte forma: “A resistência R de um material é diretamente proporcional à sua resistividade ρ e ao seu comprimento L, e inversamente proporcional à área de sua seção transversal S.” • Matematicamente: 𝑅𝑅 = 𝜌𝜌 ∙ 𝐿𝐿 𝑆𝑆 27 Segunda Lei de Ohm 28 Resistência x Temperatura • A resistividade dos materiais depende da temperatura. • Assim, uma outra característica dos materiais é o coeficiente de temperatura, que mostra de que forma a resistividade e, consequentemente, a resistência variam com a temperatura. • O coeficiente de temperatura é simbolizado pela letra grega α (alfa), cuja unidade de medida é [ºC-1]. • A expressão para calcular a variação da resistividade com a temperatura é: 𝜌𝜌 = 𝜌𝜌𝑜𝑜 ∙ 1 + 𝛼𝛼 ∙ ∆𝑇𝑇 em que: ρ = resistividade do material, em [Ω.m], à temperatura T; ρo = resistividade do material, em [Ω.m], a uma temperatura de referência To; ΔT = T – To = variação da temperatura, em [ºC]; α = coeficiente de temperatura do material, em [ºC-1]. 29 Resistência x Temperatura Coeficiente de temperatura de diferentes materiais: 30 Exercícios 1) Determine as cores dos resistores do circuito, sabendo que R1 é de 5 % e R2 é de 1 % e os instrumentos de medidas são ideias, considerando os dados seguintes: A1 = 1,42 mA A2 = 33,63 mA V1 = 12 V V2 = 12 V 31 Exercícios 2) Considere o reostato e os dados seguintes: ρ = 150 x 10-8 Ω.m d1 = 8 cm d2 = desprezível d3 = 0,5 mm nº de espiras = 50 a) Qual é o valor aproximado da resistência de cada espira do reostato? b) Qual é a resistência total R12 do reostato? c) Qual é a resistência R13, estando o cursor no ponto médio do reostato? 32 Exercícios 3) O filamento de tungstênio de uma lâmpada incandescente tem uma resistência de 20 Ω quando desligada (temperatura ambiente de 34ºC). Quando ela é submetida a uma ddp de 110 V a corrente que a percorre é 0,55 A. Determine: a) a variação da resistência da lâmpada; b) a temperatura final do filamento; c) a variação da corrente entre o instante em que a lâmpada é ligada e o seu valor em regime normal de funcionamento; d) a corrente que circulará pelo seu filamento quando a temperatura atingir 720ºC; e) a variação no valor da resistência correspondente a uma variação na corrente de 5 A; f) a variação da resistividade do tungstênio nas condições do item b. Dados: ρw = 5,6 μΩ.cm (para θ = 34ºC) ; αw = 0,005 ºC-1 33 Referência Bibliográfica • Circuitos Elétricos: Corrente Contínua e Corrente Alternada (Teoria e Exercícios); Otávio Markus; 9ª ed.; Editora Érica; 2011; Capítulo 4. 34 Engenharia de Minas (5º Período)�Eletricidade��Resistência Elétrica e Leis de Ohm Conceito de Resistência Elétrica Conceito de Resistência Elétrica Primeira Lei de Ohm Primeira Lei de Ohm Primeira Lei de Ohm Primeira Lei de Ohm Informações Adicionais sobre Resistências Informações Adicionais sobre Resistências Informações Adicionais sobre Resistências Informações Adicionais sobre Resistências Resistências Fixas Resistências Fixas Resistências Fixas Resistências Fixas Resistências Fixas Resistências Variáveis Resistências Variáveis Resistências Variáveis Resistências Variáveis Resistências Variáveis Ohmímetro Ohmímetro Ohmímetro Ohmímetro Segunda Lei de Ohm Segunda Lei de Ohm Segunda Lei de Ohm Resistência x Temperatura Resistência x Temperatura Exercícios Exercícios Exercícios Referência Bibliográfica
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