Lei de Ohm: enunciado, definição e fórmulas

As leis de Ohm são consideradas as leis mais importantes da Eletrodinâmica, que é simplesmente a área da física mais cobrada pelo Enem! Essas leis, juntamente com potência elétrica, são tópicos muito importantes para a prova.

Primeira lei de Ohm

Inicialmente, precisamos entender a relação entre três grandezas físicas: tensão (U), resistência (R) e corrente elétrica (i).

Tá, mas o que essas grandezas representam?

A tensão se refere à diferença de potencial elétrico (tensão) entre dois pontos. Essa diferença impulsiona os elétrons a se mover de forma ordenada ao longo de um condutor. O movimento ordenado dos elétrons é o que chamamos de corrente elétrica. Por fim, a resistência elétrica está relacionada à capacidade de um condutor de se opor à passagem de uma corrente elétrica.

Quanto às unidades no Sistema Internacional, a tensão é dada em volts (V), a resistência em ohms (Ω) e a corrente elétrica em ampères (A).

Observe na figura abaixo um resumo de como essas grandezas atuam em um condutor:

Note que, de forma geral, quanto maior a tensão aplicada, mais impulsionados serão os elétrons a se mover no condutor e, portanto, maior será a intensidade da corrente elétrica.

No entanto, quanto maior a resistência, maior a oposição do material à passagem dos elétrons, logo, menor a intensidade da corrente elétrica.

Em resumo, a relação entre essas grandezas é dada por:

Condutores ôhmicos

Definimos como condutor ôhmico um condutor que sempre mantém a sua resistência constante, independentemente de variações na tensão aplicada sobre ele ou na intensidade da corrente que passa por ele.

A primeira lei de Ohm descreve o comportamento dos resistores ôhmicos: quando a tensão aumenta, a corrente elétrica aumenta na mesma proporção. Em outras palavras, nesse tipo de condutor, tensão e corrente são diretamente proporcionais. Logo, em U = R · i, R é uma constante de proporcionalidade.

Graficamente, a relação entre tensão aplicada e intensidade de corrente elétrica que passa por um condutor ôhmico sempre será representada por uma reta, como mostra a figura abaixo:

Por fim, chamamos de condutor não ôhmico qualquer condutor que não siga essa regra.

Tome cuidado: a expressão U = R · i não representa necessariamente a primeira lei de Ohm. Isso só acontecerá se R for constante. No entanto, essa expressão pode ser usada para qualquer resistor, mesmo que seja não ôhmico.

Essa distinção já foi cobrada pela Ufsc em uma questão discursiva.

Segunda lei de Ohm

Aprendemos a calcular a resistência de um condutor a partir da tensão aplicada e da corrente que o atravessa. Mas como podemos calcular sua resistência diretamente a partir de suas características físicas? Para responder a isso, nos voltamos para a segunda lei de Ohm!

As características de um condutor que interferem no valor da sua resistência são:

• Comprimento (L): distância entre os pontos extremos de um condutor. Quanto mais comprido for o condutor, maior será o caminho a ser percorrido pela corrente elétrica, aumentando a chance de ocorrerem colisões e perdas de energia. Portanto, quanto maior for o comprimento, maior será a resistência elétrica.

• Área de seção reta (A): quanto maior essa área, mais espaço as cargas têm para se mover e, portanto, menor será a resistência elétrica.

• Resistividade (ρ): característica que depende do material de que é feito o condutor. Quanto maior a resistividade elétrica, maior a oposição à passagem de corrente elétrica e, portanto, maior a resistência elétrica. Confira na tabela abaixo a resistividade de alguns materiais:

Em suma, a segunda lei de Ohm pode ser resumida pela seguinte fórmula:

Potência elétrica

Por fim, após um estudo completo das leis de Ohm, chegamos à potência elétrica.

A potência (P), no geral, é definida como a quantidade de energia (E), transformada em alguma outra forma de energia, dividida pelo intervalo de tempo (Δt) em que ocorreu essa transformação:

A unidade de potência é o watt (W), 1 watt de potência equivale a 1 joule de energia por segundo.

Por exemplo, um chuveiro de 5000 W de potência transforma 5000 J de energia elétrica em calor por segundo.

Um segundo exemplo é uma lâmpada incandescente de 100 W. Ela gera luz por efeito Joule, gastando 100 J de energia elétrica por segundo. Nesse contexto, vale lembrar que muitas questões de vestibulares envolvem o brilho desse tipo de lâmpada. Não se esqueça: o brilho de uma lâmpada está associado à potência dela.

No entanto, na maioria dos problemas de física, você não possui o valor da energia elétrica consumida. Em geral, você precisa saber calcular a potência elétrica através de grandezas como resistência (R), corrente elétrica (i) e tensão (U).

Fórmulas de potência elétrica

A fórmula mais comum para calcular a potência elétrica é:

Porém, lembre-se, para usar essa fórmula, você deve conhecer os valores da corrente e da tensão do sistema. Nos demais casos, podemos combinar essa fórmula com a definição de resistência elétrica, o que nos fornece duas outras famosas fórmulas!

De tanto resolver exercícios, é provável que você memorize essas fórmulas. Todavia, é possível deduzi-las em poucas etapas a partir das duas equações que comentamos.

Primeiramente, usando U = R · i, podemos substituir U na fórmula P = i · U:

Agora você tem uma fórmula que não usa o valor da tensão, apenas da resistência e da corrente elétrica.

Tá, mas e se eu não tiver o valor da corrente elétrica? Podemos fazer um procedimento parecido: em U = R · i, isolar i e substituir em P = i · U:

Agora você possui uma fórmula que não depende da corrente elétrica, apenas da tensão e da resistência.

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