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?

Diagrama 1

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.

Diagrama 2 - Como ligar um LED!

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.

CURIOSIDADE: Você sabia que se pode ligar um ou mais LEDs na rede elétrica? Basta fazer o uso do resistor e do diodo! O diodo 'elimina' o semi-ciclo negativo da tensão alternada e o resistor dissipa toda a energia que excede os limites do diodo emissor de luz. Para calcular o valor de resistência elétrica necessário em tal circuito faz-se uso das mesmas fórmulas apresentadas aqui!

Para saber mais sobre os diodos, CLIQUE AQUI!

Para saber mais sobre os LEDs, CLIQUE AQUI!

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: 27 de Março de 2023.