Cap. 1.1b. Introdução à Eletrodinâmica - Parte 2

Imagem 1 - Foto genérica de equações em um quadro negro

Olá! Hoje continuaremos falando sobre elétrica e eletrônica! A base para se aprender sobre hardware de computador e outros aparelhos é o estudo da eletrônica, portanto hoje vamos ver algumas fórmulas matemáticas usadas para calcular tensão, resistência, corrente, potência elétrica, consumo elétrico e frequência.

O início dos estudos sobre eletrônica se começa com o básico. Como já foi explicado o que é corrente, tensão e resistência elétrica, vamos as fórmulas:

> V: Tensão (em Volts);

> I: Corrente (em Amperes);

> R: Resistência (em Ohms).

A primeira Lei de Ohm, vista no Capítulo 1.1, está relacionada com as fórmulas abaixo:

EXEMPLO 1:

Qual o resistor necessário para um circuito com alimentação de 16 Volts a 1,22 Amperes?

É só dividir a tensão pela corrente:

16 / 1,22 = 13, 1 Ohms

Se tiver apenas os valores de resistência e corrente, ficaria:

13,1 . 1,22 = 15, 98 Volts

Se tiver apenas os valores de tensão e resistência:

16 / 13,1 = 1,22 Amperes

Para LEDs também há fórmulas. Cada cor requer uma resistência específica. LEDs comuns trabalham entre 1.7 e 2.8 Volts e 0,01 e 0,02 Amperes. Eles não podem receber, por exemplo, uma tensão de 12 Volts e corrente de 0,1 Ampere diretamente em seus terminais.

Imagem 2

Para calcular o resistor necessário para um LED, é necessário subtrair a tensão nominal do LED (tNL) da tensão do circuito (tC). O resultado desta subtração deve ser dividido pela corrente nominal (cNL) suportada pelo LED.

EXEMPLO 2:

Num circuito de 9 Volts e 0,5 A é preciso montar um LED verde (2,1 Volts e 0,020 Amperes):

(9 - 2,1) = 6,9 Volts

6,9 / 0,020 = 345 Ohms

É necessário um resistor de 345 Ohms para que este LED funcione neste circuito.

OBSERVAÇÃO: Caso não seja colocado um resistor com valor igual ou próximo de 345 Ohms, o LED queimará. Um resistor com valor muito alto pode limitar muito a corrente elétrica, fazendo com que o brilho do LED diminua.

OBSERVAÇÃO: No caso deste circuito do exemplo, o LED e o resistor devem estar em série, isto é, o resistor ligado ao polo positivo da fonte e o polo positivo do LED ligado ao resistor. Como o resistor está antes de LED, toda a tensão que o LED não suporta é aplicada no resistor e dissipada em forma de calor.

Como dito no Capítulo 1.1 desta série sobre eletrônica, a potência elétrica é medida em Watts e é a capacidade de transformação de um tipo de energia em outro. Por exemplo, quando um chuveiro elétrico está funcionando, uma parte da energia utilizada por ele para esquentar a água é transformada em calor.

Para calcular a potência elétrica (P) em um circuito, devemos saber a tensão (V) e a corrente (I) para poder substituir na fórmula:

EXEMPLO 3:

Voltando ao exemplo do LED acima, se quisermos calcular a potência dele é só multiplicar a tensão pela corrente nominal do LED. No caso do LED verde é 2,1 V e 0,020 A:

2,1 . 0,020 = 0,042 Watts

EXEMPLO 4:

Para o resistor do EXEMPLO 1, a potência aplicada sobre ele será de:

16 V . 1,22 A = 19,52 Watts

Já parou para pensar quanto você gasta de energia elétrica em sua casa todo mês?

O cálculo do consumo médio de um aparelho elétrico ou eletrônico não é complexo. Veja abaixo:

EXEMPLO 5:

Suponha que em uma casa há uma TV LCD de 22 polegadas que consome 60 Watts. O dono desta TV a deixa ligada por mais ou menos 2 horas todos os dias.

Para que o cálculo fique mais fácil, devemos transformar a potência em kiloWatts (kW), e para isso devemos dividir a potência do aparelho por 1000.

60 / 1000 = 0,06 kW

Como dito acima, a TV fica ligada em torno de 2 horas por dia, todos os dias do mês, então é só multiplicar a quantidade de horas que o aparelho fica ligado por dia, pelos dias em que ele é usado. Então fica assim:

2 horas . 30 dias por mês = 60 horas

Portanto, este aparelho fica ligado 60 horas por mês.

Multiplicando a potência do aparelho em kiloWatts pelas horas de uso em um mês tem-se seu consumo médio:

0,06 . 60 = 3,6 kW/h (kiloWatts por hora)

EXEMPLO 6:

A potência do LED do exemplo 3 é de 0,042 Watts, que dividido por 1000 é igual a:

0,000042 kW

Suponha que este LED fique ligado 10 horas por dia e 25 dias por mês:

10 . 25 = 250 horas por mês

Multiplicando a potência em kW pelas horas em que ele fica ligado todo mês, tem-se:

0,000042 . 250 = 0,010 kW/h

Para calcular a frequência elétrica, devemos saber algumas coisas:

PERÍODO

É o tempo que a fonte leva para produzir uma onda completa. Esse tempo é representado pela letra T. Para saber quantas ondas (ciclos) vão ter no período de 1 segundo, devemos utilizar a fórmula:

Onde:

> f: Frequência, medida em Hertz (Hz).

COMPRIMENTO

Uma onda pode ser medida de crista a crista, vale a vale ou do início ao final de um ciclo. A fórmula abaixo serve para calcular o comprimento de uma onda eletromagnética:

Onde:

> C: Comprimento;

> Velocidade da luz: 299.792.458 metros por segundo (M/s).

Veja abaixo as formas de medir o comprimento de uma onda.

Gráfico 1

Gráfico 2

Gráfico 3

As formas de medir comprimento de onda vale para todos os tipos de onda (quadradas, retangulares, triangulares, senoidais e etc).

VELOCIDADE

Toda onda possui uma velocidade de propagação, que é determinada pela fórmula:

Onde:

> D: Distância percorrida;

> T: Tempo gasto, em segundos (s);

> f: Frequência, medida em Hertz.

Para ondas eletromagnéticas, a velocidade de propagação é igual a velocidade da luz, que é de 299.792.458 metros por segundo.

AMPLITUDE

Toda onda tem uma altura, que é a distância entre o ponto 0 (ou linha central) até sua crista. Quanto maior a altura (amplitude), maior é a quantidade de energia transportada.

EXEMPLO 7:

Um transmissor de rádio emite sinais na frequência de 500 KHz (500000 ciclos por segundo. Qual é o período e o comprimento destas ondas?

1 / 500000 = 0,000002 segundos (2 milionésimos de segundo)

Portanto, uma onda completa é gerada em 2 milionésimos de segundo e repetida 500 mil vezes por segundo.

Velocidade da luz . 2 milionésimos de segundo = Aproximadamente 60000 cm (600 metros)

Esta onda possui um comprimento de 600 metros.

Para ver mais sobre frequência, acesse os links sugeridos abaixo:

-> Hardware - Clock - Clique aqui para descobrir!

-> Cap. 1.1. Eletrodinâmica - Clique aqui!

Abaixo, deixo um gráfico com as principais fórmulas para calcular corrente, tensão, potência e resistência elétrica.

Gráfico 4 - A organização das fórmulas básicas da eletrodinâmica

Ficou com alguma dúvida? Achou que falta alguma coisa? Entre em contato pelo e-mail hardwarecentrallr@gmail.com! Compartilhe conhecimento!

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FONTES e CRÉDITOS:

Imagens e texto: Leonardo Ritter

Referências: Livro " Eletrônica para Autodidatas, Estudantes e Técnicos"; meu caderno de física da escola.

Última atualização: 03 de Março de 2021.