Lei de Ohm, potência e energia elétrica
Relacione tensão, corrente, resistência, potência e energia; converta unidades e confira os resultados em exemplos de circuitos CC.
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Ver o processo editorialPonto-chave: em um circuito resistivo de corrente contínua (CC), a lei de Ohm relaciona tensão V, corrente I e resistência R. Potência P é a taxa de transferência de energia; energia E também depende do tempo.
Referência rápida
| Quantidade | Símbolo | Unidade SI | Significado |
|---|---|---|---|
| Tensão | V | volt (V) | Diferença potencial entre dois pontos |
| Corrente | I | ampere (A) | Taxa de fluxo de carga elétrica |
| Resistência | R | ohm (Ω) | Oposição ao fluxo de corrente |
| Potência | P | watt (W) | Energia transferida ou convertida por segundo |
| Energia | E | joule (J) | Total da energia transferida ou consumida |
As equações abaixo pressupõem uma carga resistiva em CC ou valores eficazes (RMS) em corrente alternada (CA). Cargas reativas, conversores chaveados e sinais não senoidais exigem análise adicional do fator de potência e da forma de onda.
Lei de Ohm: relações entre V, I e R
V = I × R
I = V / R
R = V / I
| Valores conhecidos | Calcular | Equação |
|---|---|---|
| corrente e resistência | tensão | V = I × R |
| tensão e resistência | corrente | I = V / R |
| tensão e corrente | resistência | R = V / I |
Com resistência constante, uma tensão maior produz mais corrente. Com tensão constante, uma resistência maior limita a corrente.
Potência elétrica: relações entre P, V, I e R
A potência descreve a rapidez com que uma carga recebe ou dissipa energia.
P = V × I
P = I² × R
P = V² / R
| Valores conhecidos | Potência |
|---|---|
| tensão e corrente | P = V × I |
| corrente e resistência | P = I² × R |
| tensão e resistência | P = V² / R |
Ao escolher um resistor, compare sua potência nominal com a dissipação calculada. Uma margem inicial comum é de pelo menos ×2; depois, consulte a curva de redução da potência admissível com a temperatura fornecida pelo fabricante.
Energia elétrica: P, E e tempo
A potência, por si só, não indica quanta energia foi consumida; é preciso multiplicá-la pelo tempo de uso.
E = P × t
P = E / t
t = E / P
Em unidades SI, 1 W = 1 J/s, portanto E (J) = P (W) × t (s).
Para baterias e consumo de eletricidade, a unidade watt-hora é mais conveniente:
E (Wh) = P (W) × t (h)
1 Wh = 3,600 J
1 kWh = 1,000 Wh = 3.6 MJ
Conversões úteis
| Prefixo | Símbolo | Fator | Exemplo |
|---|---|---|---|
| micro | µ | 10⁻⁶ | 250 µA = 0.000250 A |
| mili | m | 10⁻³ | 470 mW = 0.470 W |
| quilo | k | 10³ | 4.7 kΩ = 4,700 Ω |
| mega | M | 10⁶ | 2 MΩ = 2,000,000 Ω |
| Conversão | Resultado |
|---|---|
| 12 V × 2 A | 24 W |
| 24 W por 30 min | 12 Wh |
| 12 Wh | 43,200 J |
| 2.5 A durante 4 h | 10 Ah |
Ampère-hora (Ah) quantifica a carga elétrica. Para comparar baterias de tensões diferentes, use watt-hora: Wh ≈ V nominal × Ah.
Exemplos resolvidos
1. Resistor alimentado com 12 V
Um resistor de 120 Ω é alimentado com 12 V.
I = V / R = 12 / 120 = 0.1 A = 100 mA
P = V × I = 12 × 0.1 = 1.2 W
O resistor dissipa 1.2 W. Um resistor de 1 W não é adequado; escolha uma potência nominal maior, como 3 W em condições térmicas usuais, após verificar sua curva de redução de potência.
2. LED com resistor em série
Um LED tem tensão direta de 2 V e precisa de 20 mA de uma fonte de 5 V.
V_R = 5 − 2 = 3 V
R = V_R / I = 3 / 0.02 = 150 Ω
P_R = V_R × I = 3 × 0.02 = 0.06 W = 60 mW
Um resistor de 150 Ω e 0.125 W atende ao requisito de potência; um componente de 0,25 W oferece mais margem. Verifique sempre a tolerância da fonte e a faixa de tensão direta do LED.
3. Energia utilizada pelo equipamento
O equipamento consome 18 W durante 8 h.
E = P × t = 18 × 8 = 144 Wh = 0.144 kWh
Essa é a energia faturável ou fornecida pela bateria, antes das perdas do conversor e da margem para autonomia.
Método de verificação
- Trabalhe com as unidades básicas: V, A, Ω, W e s ou h.
- Escolha duas quantidades independentes para a lei de Ohm; a terceira segue.
- Calcule a potência em cada componente que pode aquecer.
- Multiplique a potência pelo tempo para obter a energia.
- Confira se a ordem de grandeza faz sentido e respeite os limites de tensão, corrente e temperatura de cada componente.
Limites e segurança
- A lei de Ohm, isoladamente, não descreve diodos, transistores, lâmpadas incandescentes ou conversores: a resistência efetiva deles pode mudar com tensão, corrente ou temperatura.
P = V × Iaplica-se à CC. Em CA, a potência ativa também depende do fator de potência:P = V_RMS × I_RMS × cos φpara uma onda senoidal.- Uma potência calculada baixa não torna um circuito seguro. A tensão da rede elétrica ou uma bateria capaz de fornecer corrente elevada exige proteção e procedimentos adequados.
Ferramenta associada
Abra a calculadora da lei de Ohm para calcular V, I, R e P a partir de dois valores, com recomendações de potência do resistor e corrente nominal do fusível.
Fontes
- IEC 80000-6 — Grandezas e unidades: eletromagnetismo.
- BIPM — O Sistema Internacional de Unidades (Brochura do SI).
- IEC 60364-1 — Instalações elétricas de baixa tensão: princípios fundamentais e segurança.