Lei de Ohm para circuito completo e para trecho de circuito: variantes de escrita da fórmula, descrição e explicação

Para um eletricista profissional, especialista em eletrônica, não há como evitar em sua própria atividade a Lei de Ohm ao resolver quaisquer tarefas relacionadas à regulagem, ajuste, reparo de esquemas eletrônicos e elétricos.

Na verdade, a compreensão dessa lei é necessária para todos. Porque todos no dia a dia têm que lidar com eletricidade.

E embora o curso escolar do ensino médio preveja a lei do físico alemão Ohm, na prática nem sempre é estudada em tempo hábil. Por isso, consideraremos em nosso material um tema tão relevante para a vida e entenderemos as variantes de escrita da fórmula.

Segmento separado e circuito elétrico completo

Considerando o circuito elétrico do ponto de vista da aplicação da Lei de Ohm ao esquema, devem-se notar duas variantes possíveis de cálculo: para um segmento isolado e para o esquema completo.

Cálculo da corrente de um segmento do esquema elétrico

Por segmento de circuito elétrico, geralmente considera-se uma parte do esquema que exclui a fonte de FEM, por possuir resistência interna adicional.

Portanto, a fórmula de cálculo, neste caso, é simples:

I = U/ R,

Onde, respectivamente:

• I – intensidade da corrente;
• U – tensão aplicada;
• R – resistência.

A interpretação da fórmula é simples – a corrente que flui por um determinado segmento do circuito é proporcional à tensão aplicada a ele e inversamente proporcional à resistência.

A chamada ‘margarida’ gráfica, através da qual é apresentado todo o conjunto de variações de formulações baseadas na Lei de Ohm. Uma ferramenta conveniente para guardar no bolso: setor “P” – fórmulas de potência; setor “U” – fórmulas de tensão; setor “I” – fórmulas de corrente; setor “R” – fórmulas de resistência

Assim, a fórmula descreve claramente a dependência do fluxo de corrente através de um segmento isolado do circuito elétrico em relação a valores específicos de tensão e resistência.

A fórmula é conveniente de usar, por exemplo, para calcular os parâmetros de resistência que precisam ser soldados no circuito, se a tensão e a corrente são fornecidas.

Lei de Ohm e duas consequências que todo profissional eletromecânico, engenheiro eletricista, eletrônico e todos os envolvidos com o trabalho de circuitos elétricos devem dominar. Da esquerda para a direita: 1 – definição de corrente; 2 – definição de resistência; 3 – definição de tensão, onde I – corrente elétrica, U – tensão, R – resistência

A figura acima ajudará a determinar, por exemplo, a corrente que flui através de uma resistência de 10 ohms, à qual é aplicada uma tensão de 12 volts. Substituindo os valores, encontramos – I = 12 / 10 = 1,2 ampères.

Da mesma forma, são resolvidos os problemas de encontrar a resistência (quando a corrente e a tensão são conhecidas) ou a tensão (quando a tensão e a corrente são conhecidas).

Assim, sempre é possível selecionar a tensão de trabalho necessária, a corrente necessária e o elemento resistivo ideal.

A fórmula proposta para uso não requer considerar os parâmetros da fonte de tensão. No entanto, um circuito contendo, por exemplo, uma bateria, será calculado por outra fórmula. No diagrama: A – inserção do amperímetro; V – inserção do voltímetro.

A propósito, os fios de conexão de qualquer circuito são resistências. A magnitude da carga que eles terão que suportar é determinada pela tensão.

Assim, novamente usando a Lei de Ohm, torna-se possível a seleção precisa da seção transversal necessária do condutor, dependendo do material do núcleo.

Em nosso site, há uma instrução detalhada sobre cálculo da seção do cabo por potência e corrente.

Variante de cálculo para o circuito completo

O circuito completo já é composto por um trecho (trechos), bem como por uma fonte de FEM. Ou seja, na prática, à componente resistiva existente do trecho do circuito é adicionada a resistência interna da fonte de FEM.

Portanto, é lógica uma certa modificação da fórmula acima considerada:

I = U / (R + r)

Claro, o valor da resistência interna da FEM na Lei de Ohm para o circuito elétrico completo pode ser considerado insignificante, embora em grande parte este valor de resistência dependa da estrutura da fonte de FEM.

No entanto, em cálculos de circuitos eletrônicos complexos, circuitos elétricos com múltiplos condutores, a presença de resistência adicional é um fator importante.

Para cálculos em condições de um circuito elétrico completo, o valor resistivo da fonte FEM é sempre levado em consideração. Esse valor é somado à resistência resistiva do próprio circuito elétrico. No diagrama: I – passagem da corrente; R – elemento resistivo externo; r – fator resistivo da FEM (fonte de energia)

Tanto para uma parte do circuito quanto para o circuito completo, deve-se considerar o aspecto natural – o uso de corrente de valor constante ou alternado.

Se os pontos mencionados acima, característicos da Lei de Ohm, foram considerados do ponto de vista do uso de corrente contínua, com a corrente alternada tudo parece um pouco diferente.

Consideração da aplicação da lei a uma grandeza variável

O conceito de 'resistência' para as condições de passagem de corrente alternada deve ser considerado mais como o conceito de 'impedância'. Isso se refere à combinação de uma carga resistiva ativa (Ra) e uma carga formada por um resistor reativo (Rr).

Tais fenômenos são devidos aos parâmetros dos elementos indutivos e às leis de comutação aplicadas à grandeza variável de tensão – grandeza senoidal de corrente.

Assim é visto o circuito equivalente de um circuito elétrico de corrente alternada para cálculo com aplicação de formulações baseadas nos princípios da Lei de Ohm: R – componente resistiva; C – componente capacitiva; L – componente indutiva; FEM - fonte de energia; I - passagem da corrente

Em outras palavras, ocorre o efeito de adiantamento (atraso) dos valores de corrente em relação aos valores de tensão, acompanhado pelo surgimento de potências ativa (resistiva) e reativa (indutiva ou capacitiva).

O cálculo de tais fenômenos é realizado pela fórmula:

Z = U / I ou Z = R + J * (X_L – X_C)

onde: Z – impedância; R – carga ativa; X_L , X_C – carga indutiva e capacitiva; J – coeficiente.

Conexão em série e paralelo dos elementos

Para os elementos de um circuito elétrico (parte do circuito), um aspecto característico é a conexão em série ou paralela.

Consequentemente, cada tipo de conexão é acompanhado por um diferente comportamento da corrente e da tensão aplicada. A esse respeito, a Lei de Ohm também é aplicada de forma diferente, dependendo do tipo de ligação dos elementos.

Circuito de elementos resistivos conectados em série

Para a conexão em série (parte do circuito com dois componentes) utiliza-se a formulação:

• I = I₁ = I₂ ;
• U = U₁ + U₂ ;
• R = R₁ + R₂

Essa formulação demonstra claramente que, independentemente do número de componentes resistivos conectados em série, a corrente que flui na parte do circuito não altera seu valor.

Conexão de elementos resistivos em um trecho do circuito em série um com o outro. Para esta variante, aplica-se sua própria lei de cálculo. No diagrama: I, I1, I2 – passagem de corrente; R1, R2 – elementos resistivos; U, U1, U2 – tensão aplicada

A magnitude da tensão aplicada aos componentes resistivos ativos do circuito é a soma e constitui no total o valor da fonte de FEM.

Enquanto isso, a tensão em cada componente individual é: Ux = I * Rx.

A resistência total deve ser considerada como a soma dos valores nominais de todos os componentes resistivos do circuito.

Circuito de elementos resistivos conectados em paralelo

No caso de conexão paralela de componentes resistivos, a formulação considerada válida em relação à lei do físico alemão Ohm é:

• I = I₁ + I₂ … ;
• U = U₁ = U₂ … ;
• 1 / R = 1 / R₁ + 1 / R₂ + …

Não se excluem variantes de composição de trechos de circuito do tipo 'misto', quando se utiliza conexão paralela e em série.

Conexão de elementos resistivos em um trecho do circuito em paralelo um com o outro. Para esta variante, aplica-se sua própria lei de cálculo. No diagrama: I, I1, I2 – passagem de corrente; R1, R2 – elementos resistivos; U – tensão aplicada; A, V – pontos de entrada/saída

Para essas variantes, o cálculo geralmente é feito inicialmente pelo cálculo do valor nominal resistivo da conexão paralela. Em seguida, ao resultado obtido, adiciona-se o valor nominal do resistor conectado em série.

Formas integral e diferencial da lei

Todos os pontos acima mencionados com cálculos são aplicáveis às condições em que, na composição dos circuitos elétricos, são utilizados condutores de estrutura, por assim dizer, 'homogênea'.

No entanto, na prática, é frequente lidar com a construção de esquemas onde, em diferentes trechos, a estrutura dos condutores muda. Por exemplo, são usados fios de seção maior ou, ao contrário, menor, feitos de diferentes materiais.

Para levar em conta tais diferenças, existe uma variação da chamada 'lei de Ohm diferencial-integral'. Para um condutor infinitamente pequeno, calcula-se o nível de densidade de corrente em função da intensidade de campo e do valor da condutividade específica.

Para o cálculo diferencial, toma-se a fórmula: J = ό * E

Para o cálculo integral, respectivamente, a formulação: I * R = φ1 – φ2 + έ   

No entanto, esses exemplos já estão mais próximos da matemática superior e, na prática real de um eletricista simples, praticamente não são aplicados.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

A análise detalhada da lei de Ohm no vídeo apresentado abaixo ajudará a consolidar definitivamente o conhecimento nessa direção.

Uma videoaula peculiar reforça qualitativamente a exposição teórica escrita:

O trabalho de um eletricista ou a atividade de um eletrônico está intrinsecamente ligado a momentos em que realmente se observa a lei de Georg Ohm em ação. São verdades básicas que todo profissional deve conhecer.

Não são necessários conhecimentos aprofundados sobre o assunto – basta aprender as três principais variações da formulação para aplicá-las com sucesso na prática.

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