Curso de Eletrônica – O que é Tensão Elétrica

O que é Tensão Elétrica

Para que uma corrente elétrica possa fluir entre dois pontos, é necessário que exista uma Tensão Elétrica entre esses pontos. Quando uma tensão elétrica é aplicada sobre um condutor, há o surgimento de uma Força Eletromotriz (FEM), que é responsável por colocar em movimento os elétrons livres dentro do condutor.

Podemos nos referir à Tensão Elétrica também como Diferença de Potencial (ddp), expressão que indica claramente a natureza dessa grandeza elétrica – a diferença de energia potencial (cargas) que existe entre dois pontos quaisquer.

Veja na figura a seguir um circuito que mostra a ligação entre uma fonte de tensão elétrica (bateria) e uma lâmpada, conectados por meio de condutores (fios) e uma chave liga-desliga (switch):

Circuito com bateria, chave e LED vermelho

Circuito 01

Quando a chave está aberta (desligada), não há passagem de corrente pelo circuito. Quando a chave é ligada (fechada), porém, a corrente elétrica começa a circular pelo circuito, acendendo o LED. Isso ocorre pois há uma tensão elétrica nos terminais da bateria, e essa tensão “empurra” os elétrons livres através do circuito, na direção do pólo negativo para o positivo (sentido anti-horário na figura); o sentido convencional da corrente aponta na direção oposta (positivo para o negativo, sentido horário na figura). Dizemos que há um acúmulo de cargas negativas (excesso de elétrons) no pólo negativo da bateria, e consequentemente, acúmulo de cargas positivas (falta de elétrons) no pólo positivo. Essa diferença de cargas entre os dois pontos é que dá origem à tensão elétrica.

A unidade de medida da tensão elétrica é o Volt, simbolizado pela letra V, em homenagem ao físico italiano Alessandro Volta que inventou o que é considerada a primeira “pilha” química, em 1799. Já a tensão elétrica em si podemos simbolizar com as letras V ou U; eu uso preferencialmente a letra U, para evitar expressões do tipo “V = 9V”, que podem causar confusão na hora de representar e calcular um circuito.

Para ficar mais claro o conceito de tensão elétrica, podemos fazer uma analogia com um tanque de água. Veja na figura abaixo um tanque cheio de água, com uma abertura para escoamento na parte inferior. Consideramos a água em si (quantidade de água) como se fosse a carga elétrica, a altura da coluna de água como a tensão elétrica, e o fluxo de água que sai pelo cano como a corrente elétrica. Note que quanto maior a altura da coluna de água (maior potencial energético = maior tensão), maior será a força com a qual a água será expulsa – maior o fluxo de água, ou corrente.

Tensão Elétrica - água

Analogia entre Tensão Elétrica e um tanque com água. Adaptado de Sparkfun, licença Creative Commons CC BY-NC-SA 3.0

 

Funcionamento da Tensão Elétrica

Na bateria mostrada na figura do início do artigo, ocorrem reações químicas internamente que fazem com que elétrons livres se acumulem em grande quantidade na região próxima ao terminal negativo (ânodo), causando uma concentração de elétrons nesse local. Esse acúmulo de cargas possui uma grande força repulsiva, pois cargas de mesmo sinal se repelem, e podemos imaginar essa força repulsiva como uma espécie de “pressão elétrica”.

Quando fornecemos um caminho condutor entre o terminal negativo e o terminal positivo da bateria, por exemplo usando um fio e um LED como no exemplo, os elétrons no terminal negativo  são pressionados a se deslocar pelo circuito, ocasionando o surgimento de uma corrente (fluxo) de elétrons através do circuito.

Os elétrons se movem em uma velocidade bastante baixa, geralmente uma fração de milímetro por segundo. Porém, o efeito causado por esse movimento é quase instantâneo, pois os elétrons “empurram” uns aos outros, numa velocidade próxima à velocidade da luz, e enquanto os elétrons na base da bateria se deslocaram apenas uns centésimos de milímetro, os elétrons na outra opnta do condutor conectado também já se deslocaram, dando a impressão de que as cargas viajaram quase que instantaneamente.

Um ponto que deve ficar bem claro é de que sempre medimos a tensão elétrica entre dois pontos, não importa onde estejam no circuito, e a tensão pode variar dependendo dos pontos escolhidos para sua mensuração.

O Volt

Vamos realizar uma definição mais formal da unidade de medida da tensão elétrica, o Volt. Dizemos que uma diferença de potencial de 1 Volt é igual a 1 joule de energia dividido por 1 coulomb de carga elétrica. Assim:

Fórmula Volt = Joule / Coulomb

Ou seja, se houverem dois pontos com uma tensão elétrica de 1 volt entre eles, então há “força” elétrica suficiente para realizar 1 joule de trabalho movendo 1 coulomb de cargas entre os pontos.

Podemos também definir a tensão em termos de potência. A potência representa quanta energia, por unidade de tempo (segundo), um circuito consome em funcionamento, sendo medida em Watts. Em termos de potência, então, definimos o volt como sendo:

Fórmula - Volt = Watt / Ampère

Portanto, a tensão elétrica é igual à potência dividida pela corrente que atravessa um circuito. Daí podemos derivar a Lei Geral da Potência, expressa pela fórmula P = UI, onde a potência P é medida em Watts, a tensão U em Volts e a corrente I em Ampères.

Vejamos alguns exemplo de cálculo:

Exemplo 01: No circuito 01, mostrado no início da lição, temos uma bateria de 9 V alimentando uma carga que consome 0,3 A. Calcule a potência consumida pelo circuito.

Resposta: 

Exemplo 01 - Tensão, Corrente e Potência

Exemplo 02: Um motor elétrico, alimentado com 12 V de tensão, consome 100 W de potência quando em pleno uso. Calcule quanta corrente esse motor extrai da fonte que o alimenta.

Resposta:

Calculando corrente a partir da potência e tensão elétricas.

Medindo a tensão elétrica

Usamos um equipamento denominado Voltímetro para realizar a medição de tensão elétrica (ou, mais comumente, um multímetro com a função de voltímetro). A figura abaixo mostra a medição de uma bateria de 9 V usando um múltímetro digital Tektronix na função de Tensão Contínua:

Multimetro medindo tensão elétrica - Tektronix

Para medir a tensão elétrica com o voltímetro conectamos as pontas de prova nos pontos cuja diferença de potencial desejamos medir, e não interrompendo o circuito, como procedemos para medir a corrente elétrica. A tensão elétrica pode ser contínua (polaridades definidas) ou alternada (alterna as polaridades). Vamos tratar da diferença entre Corrente / Tensão Contínua e Alternada em outra lição.

Associando Baterias

Podemos obter valores de tensão diferentes ao associarmos baterias, geralmente com o intuito de obtermos um valor de tensão maior do que o de uma única bateria. É possível associar as baterias em série, para obtermos um valor maior de tensão, que equivale ao somatório das tensões das baterias empregadas no circuito. A associação em série de baterias significa que conectamos o terminal positivo de um bateria ao terminal negativo de outra, sucessivamente, deixando livres apenas o terminal positivo da última bateria conectada e o terminal negativo da primeira.

A tensão total, numa associação em série de baterias, é dada pela fórmula Vtot = V1 + V2 + … + Vn

A figura a seguir mostra uma associação em série de 4 pilhas de 1,5 V cada, totalizando uma tensão de 6 V:

Associação em série de baterias

Podemos obter diferentes níveis de tensão nesse arranjo de baterias simplesmente derivando pontos intermediários de medição, como ilustra a figura a seguir, onde temos um ponto com tensão de 6 V, um de 4,5 V e um de 3 V, sempre em relação ao ponto comum, considerado como 0 v, e usando quatro pilhas de 1,5 V como no exemplo anterior:

Associação em série de baterias - split

A ilustração a seguir mostra o que acontece com lâmpadas conectadas a cada conjunto de pilhas associadas em série. Note que a corrente aumenta conforme a tensão aumenta, gazendo com que a lâmpada brilhe com mais intensidade:

Associação em série de tensão - lâmpada

Fontes de Tensão Elétrica

Há diversos mecanismos pelos quais podemos gerar uma tensão elétrica entre dois pontos, além das reações químicas que ocorrem dentro de pilhas e baterias. Podemos citar como exemplos de mecanismos que geram tensão elétrica:

  • Indução magnética: Geradores elétricos, incluindo os presentes em usinas hidrelétricas e nucleares
  • Efeito termoelétrico: Sensores de temperatura
  • Efeito piezoelétrico: Sensores de pressão
  • Efeito fotovoltaico: Fotocélulas / painéis solares
  • Reações químicas: como já citadas, pilhas e baterias.

Ao longo de nosso curso de Eletrônica, vamos estudar o funcionamento de cada um dos mecanismos em mais detalhes. Enquanto isso, aproveite para assistir a um vídeo sobre Tensão Elétrica:

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Sobre Fábio dos Reis (1273 Artigos)
Fábio dos Reis trabalha com tecnologias variadas há mais de 25 anos, tendo atuado nos campos de Eletrônica, Telecomunicações, Programação de Computadores e Redes de Dados. É um entusiasta de Unix, Linux e Open Source em geral, adora Eletrônica e Música, e estuda idiomas, além de ministrar cursos e palestras sobre diversas tecnologias em São Paulo e outras cidades do Brasil.
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5 Comentários em Curso de Eletrônica – O que é Tensão Elétrica

  1. uilson francisco dos santos // 09/03/2017 em 14:33 // Responder

    gostei muito das dicas de eletricaa

  2. WELLINGTON // 24/07/2017 em 14:31 // Responder

    Ola, boa tarde. Gostaria da sua ajuda.
    Não tenho entendido como funciona a relação resistor ou qualquer outro componente em série ou paralelo com a tensão e a corrente.
    Se um resistor diminui e corrente, como ela tem a mesma intensidade em todo o circuíto?
    Por que colocando um resistor em série num circuíto a tensão é a mesma e todo o percurso? Não há pontos distintos de medição?
    wellington

  3. boa tarde
    podemos medir a tensão da tomada na escala ACA? se não qual a escala correta

    • Tensão alternada é na escala ACV Daniel. ACA é para medir corrente elétrica. Sempre que aparecer a letra “V” se trata de tensão elétrica (V de Volt), e o A é de Ampére (Corrente Elétrica).

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