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Tensão elétrica (denotada por ∆V, U ou V), também conhecida como diferença de potencial (DDP), é a diferença de potencial elétrico entre dois pontos ou a diferença em energia potencial elétrica por unidade de carga elétrica entre dois pontos. Em geral, toda fonte de tensão é estabelecida com a simples criação de uma separação de cargas positivas e negativas. Se um total de 1 joule (J) de energia é utilizado para mover uma carga negativa de 1 coulomb (C), há uma diferença de potencial de 1 volt (V) entre os dois pontos. A equação que define esta questão é:
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Onde:
= Tensão elétrica (Volts);
= Trabalho (Joules);
= Carga (Coulombs);
Um voltímetro pode ser usado para medir a tensão (ou diferença de potencial) entre dois pontos em um sistema; muitas vezes, um potencial de referência comum, como o solo do sistema, é usado como um dos pontos. Uma voltagem pode representar uma fonte de energia (força eletromotriz) ou energia perdida, usada ou armazenada. [1][2][3]
No Sistema Internacional de Unidades (SI), a unidade de medida atribuída à Tensão Elétrica é o volt (representado pelo símbolo V), em homenagem ao físico italiano Alessandro Volta (1745-1827), inventor da pilha voltaica, a primeira bateria química criada.[4]
Por analogia, a tensão elétrica seria a "força" responsável pela movimentação de elétrons. O potencial elétrico mede a força que uma carga elétrica experimenta no seio de um campo elétrico, expressa pela lei de Coulomb. Portanto a tensão é a tendência que uma carga tem de ir de um ponto para o outro. Normalmente, toma-se um ponto que se considera de tensão=zero e mede-se a tensão do resto dos pontos relativamente a este.
A tensão elétrica entre dois pontos, ou seja [(+) e (-)] é definida matematicamente como a integral de linha do campo elétrico:
Para facilitar o entendimento da tensão elétrica pode-se fazer uma analogia entre esta e a pressão hidráulica. Quanto maior a diferença de pressão hidráulica entre dois pontos, maior será o fluxo, caso haja comunicação entre estes dois pontos.:[5] O fluxo (que em eletrodinâmica seria a corrente elétrica) será assim uma função da pressão hidráulica (tensão elétrica) e da oposição à passagem do fluido (resistência elétrica). Este é o fundamento da lei de Ohm, para a corrente contínua:
onde:
Em corrente alternada, substitui-se a resistência pela impedância:
onde:
Pelo método fasorial, em corrente alternada, todas as variáveis da equação são complexas. A impedância representa, além da resistência a passagem de corrente elétrica, também o deslocamento angular na forma de onda produzido pelo equipamento (capacitores e bobinas ou indutores).
Podemos resumir em tais fórmulas matemáticas que a tensão eléctrica seria a diferença de potencial elétrico, entre dois pontos, que geraria uma força capaz de movimentar os elétrons entre esses dois pontos distintos no espaço [6]. O valor numérico desta grandeza física, medida em volts, seria então o resultado da multiplicação entre o valor da resistência (em ohms) e o valor da corrente (em ampères).
Notações do circuito RLC série:
| |
O cálculo da tensão elétrica neste circuito será feito a partir da aplicação da Lei de Ohm. Dessa forma:
Para determinarmos o valor de e é necessário o valor de ω, o mesmo sendo igual a 2πf, dessa forma:
Notações do circuito RLC paralelo:
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Como é possível observar todos os componentes encontram-se em paralelo, dessa forma a tensão é a mesma para todos, ou seja:
Vale lembrar que quando para ambos os circuitos, o mesmo irá operar na ressonância, o que implica que , dessa forma e a corrente fornecida pela fonte é .[7]
Existem outras formulas que podem nos fornecer a tensão elétrica em um circuito, sendo elas:
Sendo estas utilizadas principalmente em circuitos de primeira ordem e segunda ordem [8].
Um divisor de tensão é um circuito que produz uma tensão de saída que é uma fração de sua tensão de entrada . O divisor de tensão é o resultado da distribuição da tensão de entrada entre os componentes do divisor. Um exemplo simples de um divisor de tensão são dois resistores conectados em série , com a tensão de entrada aplicada através do par de resistores e a tensão de saída emergindo da conexão entre eles.
É possível notar que as cargas e encontram-se em série, dessa forma sua análise será da seguinte forma:
Sendo a tensão da fonte, a tensão da qual queremos descobrir.
A divisão com impedâncias será realizado de forma análoga à divisão de tensão com cargas resistivas. Sendo assim:
Os instrumentos de medição utilizados para medir tensão elétrica são: o voltímetro e o osciloscópio. Esses instrumentos dividem-se em duas principais categorias, sendo elas a de grandezas constantes no tempo, como é o caso do voltímetro e de medição de grandezas variáveis no tempo, isto é, de sinais elétricos, como é o caso do osciloscópio.
O funcionamento do voltímetro se dá pela medição de uma corrente por um resistor fixo que, de acordo com a Lei de Ohm, é proporcional à tensão elétrica do outro lado do resistor. Utiliza-se colocando as pontas de teste em um circuito sujeito a uma tensão, com escalas de medida em AC e DC e uma resistência elevada entre as pontas de medida, sendo usado em paralelo com o circuito que se deseja medir.
O osciloscópio mostra a amplitude, frequência, largura do impulso e a forma e padrão do sinal recebido desenhando um gráfico de tensão (verticalmente) e de tempo (horizontalmente). Outros instrumentos de medição de tensão são perfeitamente adequados para verificar circuitos numa situação estática e, por exemplo, sempre que a alteração na leitura é gradual; mas para verificações dinâmicas (com o motor a trabalhar) e para diagnosticar avarias intermitentes, o osciloscópio é o instrumento mais indicado.
Na medição de tensão elétrica, o funcionamento do osciloscópio de raio catódico se dá pela ampliação da tensão, usando esse princípio para inclinar um feixe de elétron de um caminho direto, de forma que o desvio do feixe é proporcional à sua tensão elétrica.[9]
Ao receber uma descarga elétrica, contrariando o que sugere o imaginário popular, a tensão não tem grande relevância nos danos causados ao corpo, e sim a corrente elétrica (medida em ampère). Quando se estabelece uma diferença de potencial entre dois pontos do corpo humano, flui uma corrente elétrica entre esses pontos e a intensidade dessa corrente depende da diferença de potencial e da resistência elétrica entre os pontos sobre o qual se aplica a tensão elétrica.
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