Resistência Elétrica

Um dos efeitos mais importantes da corrente elétrica é o efeito térmico. Como consta em um outro artigo aqui no blog, o efeito térmico se deve à dificuldade que a corrente tem de passar por determinados meios. Para ler o outro artigo acesse Efeitos da Corrente Elétrica. Tal dificuldade é tanto um elemento que afeta o funcionamento de certos aparelhos quanto um efeito de grande aplicabilidade prática.

Este artigo é totalmente dedicado à análise da dificuldade que a corrente encontra ao passar por certos meios condutores e que é denominado de resistência elétrica.

Para quem trabalha com eletrônica e eletrotécnica é muito importante dominar esse assunto, presente em praticamente tudo que envolve eletricidade. Saber como a resistência elétrica se manifesta, quais são os seus efeitos, quais os componentes especialmente criados para produzir esses efeitos e como calculá-los são alguns dos conhecimentos indispensáveis ao profissional da área.

Neste artigo você verá:

• porque os condutores não são perfeitos;
• como a resistência se manifesta;
• como a resistência pode ser medida;
• quais os componentes criados para apresentar resistência;
• as leis que regem o funcionamento dos resistores e de todos os corpos que apresentam resistência.

Como mencionado no artigo Efeitos da Corrente Elétrica, quando uma corrente atravessa um fio metálico, temos a produção de calor, que resulta da conversão da energia gasta pelas cargas para vencer a oposição do condutor metálico. Isso ocorre porque, da mesma forma que não existe um isolante perfeito, também não existe um condutor perfeito.

Mesmo o melhor metal, ou qualquer outro meio sólido, líquido ou gasoso, não permite que as cargas o atravessem sem lhes apresentar uma certa oposição. Esta oposição à passagem da corrente elétrica é denominada resistência elétrica. As cargas fazem um movimento sinuoso para vencer a oposição encontrada no condutor. Veja um exemplo na imagem abaixo.

Movimento sinuoso das cargas

Como Medir a Resistência Elétrica

A resistência elétrica, como qualquer outra grandeza, pode ser medida. A quantidade de oposição à passagem da corrente, ou resistência elétrica, é medida em ohms, unidade abreviada pela letra grega Ω.

Na prática, encontramos resistências de todos os valores possíveis, algumas muito grandes ou muito pequenas. Para representar valores muito pequenos e muito grandes de resistência, é adotado prefixos. Para representar milhares de ohms, é adotado o “k” (kilo) e, em lugar de dizermos 10.000 ohms, preferimos usar 10 kohms ou 10 kΩ.

Para milhões, é adotado o mega abreviado por “M” e, em lugar de encontrarmos nos diagramas e livros 12.000.000 ohms, vemos simplesmente 12 Mohms ou 12 MΩ.

A resistência à passagem da corrente que um corpo oferece depende de diversos fatores, como sua forma, suas dimensões e o material de que ele é feito. Por exemplo, entre dois fios do mesmo material, com a mesma espessura e comprimentos diferentes, o mais comprido terá maior resistência.

Resistividade

Cada material se comporta de uma forma diferente quando uma corrente elétrica circula através dele, pois, entre os materiais em geral, existem bons e maus condutores. Para classificar os diversos materiais conforme sua capacidade de conduzir a corrente com maior ou menor dificuldade, é usado o termo resistividade.

A resistividade de um material nos diz o quanto ele apresenta de resistência (ohms) para cada metro de comprimento e cada metro quadrado (ou centímetro quadrado) de sua área seccional. Veja um exemplo na imagem abaixo.

Resistividade do fio

A resistividade descreve as propriedades elétricas do material.

Quando falamos que um material tem uma resistividade de 2 ohms x m/cm², significa que um condutor deste material com 1 metro de comprimento e uma secção transversal de 1 centímetro quadrado terá uma resistência de 2 ohms.

Efeito da Temperatura

Com o calor os corpos se dilatam, e isso também tem um efeito sobre a resistência que eles apresentam. Quando aquecemos um condutor metálico, sua resistência aumenta.

A maioria dos materiais têm sua resistência aumentada com a temperatura, mas existem substâncias que se comportam de modo diferente. Tais substâncias, quando expostas a um aumento de temperatura, em vez de terem sua resistência ampliada, apresentando um coeficiente positivo de temperatura, ou PTC (do inglês Positive Temperature Coefficient), têm sua resistência diminuida, ou seja, apresentam um coeficiente negativo de temperatura, ou NTC (do inglês Negative Temperature Coefficient).

Estas substâncias encontram aplicações práticas na fabricação de diversos tipos de dispositivos elétricos e eletrônicos.

Resistores

Para muitas das aplicações em eletrônica e mesmo eletrotécnica, pode ser importante o fato de um resistor apresentar um determinado valor de resistência. Por exemplo, podemos usar um dispositivo que tenha uma certa resistência elétrica para reduzir propositalmente a intensidade da corrente em um circuito, até que ela atinja um valor desejado.

Por este motivo, um dos componentes eletrônicos mais usados na prática é aquele que apresenta uma certa resistência fixa: o resistor. Resistores são componentes cuja finalidade é apresentar uma resistência elétrica.

Na figura abaixo, é mostrado diversos tipos de resistores encontrados no mercado, assim como os símbolos adotados para representá-los.

Resistores - símbolo e aspecto

Resistores de fração de ohm até mais de 20 milhões de ohms podem ser encontrados em equipamentos elétricos e eletrônicos de todos os tipos.

Lei de Ohm

Até o momento aqui no blog os artigos têm sido apenas sobre o aspecto qualitativo da eletricidade e de seus fenômeno, ou seja, nos preocupamos com a análise de como as coisas ocorrem e de quais os seus efeitos, sem dimensionar os fenômenos e realizar cálculos.

Um profissional da área de eletrônica deve estar apto a fazer cálculos que envolvam fenômenos elétricos. Isso significa que é necessário entender também o aspecto quantitativo dos fenômenos e as leis que os regem. Faremos isso agora, ao tratar da lei de Ohm.

Como há de se observar, a corrente é o efeito, enquanto a diferença de potencial, ou tensão elétrica, é a causa da corrente. É a tensão que empurra as cargas através de um condutor, estabelecendo o fluxo de cargas. Para passar por um condutor, a corrente precisa vencer a oposição ou resistência do material.

Sabendo que a tensão é medida em volts (V), a corrente em ampére (A) e a resistência em ohms (Ω), como podemos relacionar isso de modo a calcular quanto de corrente passa por um determinado material que apresenta certa resistência quando aplicamos uma certa tensão?

O que a lei de Ohm estabelece é que a corrente que passa por um resistor é diretamente proporcional à tensão. Assim, quando aumentamos a tensão neste resistor, a corrente aumenta na mesma proporção. Na figura abaixo temos a representação da curva característica de um resistor.

Curva característica de um resistor

Observe que a proporção direta ou linear resulta em um gráfico em linha reta. Este gráfico nos dá o que tecnicamente é chamado de curva característica do resistor.

Uma outra maneira de expressar este comportamento do resistor é dizer que a relação entre a tensão e a corrente no resistor é constante.

Matematicamente, para possibilitar a realização de cálculos com resistores ou qualquer condutor que se comporte como um resistor, é estabelecido uma fórmula que traduz a lei de Ohm. Sendo:
U a tensão no resistor (em volts)
I a intensidade da corrente (em ampères)
R a resistência do resistor (em ohms)

Estas fórmulas pode ser escritas conforme consta na imagem abaixo.

Fórmula lei de ohm

Usamos a primeira fórmula (imagem acima) quando conhecemos a tensão e a corrente e queremos calcular a resistência. Usamos a segunda fórmula quando conhecemos a tensão e a resistência e queremos calcular a corrente. E usamos a terceira fórmula quando conhecemos a resistência e a corrente e desejamos calcular a tensão.

Exemplo: calcular a resistência de um fio de cobre que, ao ser ligado numa bateria de 3 V, deixa passar uma corrente de 0,5 A.

Solução: usaremos a primeira fórmula, assim:
U = 3,0 V
I = 0,5 A
R = ?

Temos R = U/I   =   3,0/0,5 = 6 ohms

Recordando o que foi visto neste artigo temos:

• Não existem condutores, nem isolantes perfeitos.
• Quando a corrente passa através dos materiais comuns, ela encontra uma oposição denominada resistência elétrica.
• A resistência elétrica é medida em ohms.
• Para caracterizar a capacidade dos materiais de conduzir a corrente com maior ou menor dificuldade, é usado o conceito de resistividade.
• A resistência dos materiais muda conforme a temperatura.
• Quando um condutor metálico se dilata, sua resistência aumenta.
• Existem materiais cuja resistência diminui com a temperatura, o que significa que eles têm coeficientes negativos de temperatura, ou NTC.
• Os componentes cuja finalidade é apresentar uma resistência elétrica são chamados resistores.
• A lei de Ohm estabelece a relação entre a corrente e a tensão num resistor.
• Segundo a lei de Ohm, a corrente é diretamente proporcional à tensão num resistor.
• A curva característica de um resistor é uma reta.

Referências: Tecset Eletrônica
Texto: Tecset Eletrônica
Imagens: Tecset Eletrônica