Ampères, Watts, Volts e Ohms

As três unidades mais básicas em eletricidade são tensão (V), corrente (I) e resistência (R). A tensão é medida em volts, a corrente é medida em ampères e a resistência é medida em ohms.

Uma analogia natural para ajudar a entender estes termos é um sistema de canos hidráulicos. A tensão é equivalente à pressão da água, a corrente é equivalente à taxa de vazão, e a resistência seria o tamanho do cano.

Há uma equação básica em engenharia elétrica que mostra como os três termos se relacionam. Ela diz que a corrente é igual à tensão divida pela resistência.

I = V/R

Vejamos como esta relação se aplica a sistemas hidráulicos. Digamos que você tem um tanque de água pressurizada ligado a uma mangueira que você usa para regar seu jardim.

O que acontece se você aumentar a pressão no tanque? Provavelmente você pode adivinhar que isto fará com que mais água saia da mangueira. O mesmo é verdade num sistema elétrico: aumentar a tensão aumenta o fluxo de corrente.

Digamos que você aumente o diâmetro da mangueira e as conexões com o tanque. Provavelmente você pode adivinhar que isto também fará com que mais água saia pela mangueira. Isto é como diminuir a resistência em um sistema elétrico, o que aumenta o fluxo de corrente.

A potência elétrica é medida em watts. Num sistema elétrico a potência (P) é igual à tensão multiplicada pela corrente.

P = VI

A analogia da água ainda se aplica. Pegue uma mangueira e aponte para uma roda d’água, como as que eram usadas para girar pedras de moagem em moinhos d’água. Você pode aumentar a potência gerada pela roda d’água de duas maneiras. Se você aumentar a pressão da água saindo da mangueira, ela bate na roda d’água com muito mais força e a roda gira mais rápido, gerando mais potência. Se você aumentar a taxa do fluxo, a roda d’água gira mais rápido devido ao peso da água extra que bate nela.

Num sistema elétrico, aumentar a corrente ou a tensão resultarão em maior potência. Digamos que você tem um sistema com uma lâmpada de 6 volts conectada a uma bateria de 6 volts. A potência de saída da lâmpada é de 100 watts. Usando a equação acima, podemos calcular a corrente, em ampères, que seria necessária para ter 100 watts de uma lâmpada de 6 volts.

Você sabe que P = 100W, e V = 6V. Então você pode reorganizar a equação e resolver para I e substituir os números.

I = P/V = 100W / 6V = 16,66 ampères

O que aconteceria se você usasse uma bateria de 12 volts com uma lâmpada de 12 volts para ter uma potência de 100 watts?

100W / 12V = 8,33 ampères

Então este sistema produz a mesma potência, mas com a metade da corrente. Há uma vantagem em usar uma corrente menor para produzir a mesma potência. A resistência de fios elétricos consome potência, e a potência consumida aumenta conforme o aumento da corrente que passa pelos fios. Você pode ver como isto acontece fazendo uma pequena reorganização das duas equações. O que você precisa é uma equação para a potência em termos de resistência e corrente. Vamos reorganizar a primeira equação:

I = V / R pode ser reescrita como V = I R

Agora você pode substituir a equação para V na outra equação:

P = V I substituído para V teremos P = IR I, ou P = I2R

O que esta equação diz é que a potência consumida pelos fios aumenta se a resistência dos mesmos aumentar (por exemplo, se os fios ficam menores ou são feitos de um material menos condutivo). Mas ela aumenta drasticamente se a corrente que passa pelos fios aumentar. Então usar uma tensão mais alta para reduzir a corrente pode tornar sistemas elétricos mais eficientes. A eficiência dos motores elétricos também melhora com altas voltagens.

Esta melhora na eficiência é o que tem levado a indústria automobilística a adotar um padrão de alta voltagem. Os fabricantes de carros estão mudando dos atuais sistemas elétricos de corrente de 12 volts para um sistema elétrico de 42 volts. A demanda por eletricidade em carros tem aumentado constantemente desde que os primeiros carros foram produzidos. Os primeiros carros não tinham faróis dianteiros elétricos, usavam lanternas a óleo. Hoje, os carros têm milhares de circuitos elétricos, e os futuros carros irão demandar ainda mais potência. A mudança para 42 volts ajudará os carros a atenderem à maior demanda elétrica dos veículos sem ter que aumentar o tamanho dos fios e geradores para lidar com uma corrente maior.