Eletricidade – Magnetismo

Analogia hidráulica

A analogia hidráulica, ou a analogia elétrico-fluido, é uma analogia amplamente usada entre hidráulica e eletricidade, que é uma ferramenta útil para o ensino e para aqueles que estão tendo dificuldades para entender como os circuitos funcionam. ele também pode ser aplicado a problemas de transferência de calor.

Como a corrente elétrica é invisível e os processos em jogo na eletrônica são muitas vezes difíceis de demonstrar, os vários componentes eletrônicos são representados por equivalentes hidráulicos. A relação entre tensão e corrente é definida (em dispositivos ôhmicos como resistores) pela lei de Ohm. A Lei de Ohm é análoga à equação de Hagen-Poiseuille, pois ambas são modelos lineares que relacionam fluxo e potencial em seus respectivos sistemas.

A eletricidade (assim como o calor) foi originalmente entendida como um tipo de fluido, e os nomes de certas grandezas elétricas (como corrente) são derivados de equivalentes hidráulicos.

• A tensão é como a diferença de pressão que empurra a água pela mangueira. Ele é medido em volts (V). Esse modelo pressupõe que a água esteja fluindo horizontalmente, de modo que a força da gravidade possa ser ignorada.
• A corrente é equivalente a uma taxa de fluxo de volume hidráulico, ou seja, a quantidade volumétrica de água que flui ao longo do tempo. Normalmente medido em amperes. Quanto mais largo for o tubo, mais água fluirá por ele. Ele é medido em amperes (I ou A).
• A carga elétrica é equivalente a uma quantidade de água.
• A resistência é como o diâmetro da tubulação ou obstáculos na mangueira que diminuem o fluxo de água. Ele é medido em ohms (Ω). Na hidráulica, a resistência está associada ao coeficiente de perda de pressão.

• As baterias podem ser consideradas como bombas de água que fazem a água circular por uma mangueira que viaja em um circuito fechado de volta à bateria. A bomba corresponde à fonte ideal de tensão ou corrente em um circuito CC. A presença de uma bomba hidráulica é presumida em cada uma das descrições a seguir.
• Os resistores são comparáveis a uma seção da rede de tubulação em que o raio da tubulação é estreitado, restringindo a taxa de fluxo de fluido nessa região, da mesma forma que um resistor limita a corrente.
• Os fios e suas relações com as bombas são bastante simples, pois o fio de cobre é diretamente análogo a um tubo cheio de água. A resistência do próprio fio é análoga ao arrasto da água que flui por um cano.
• Os capacitores são equivalentes a um tanque com uma conexão em cada extremidade e uma membrana que divide o tanque em dois no sentido do comprimento (um acumulador hidráulico). Quando a bomba do sistema começar a empurrar a água, a membrana se esticará em resposta à pressão da água. A importância do alongamento é comparável à quantidade de carga depositada em um capacitor. A partir dessa descrição, deve ser fácil perceber que o alongamento dessa membrana representa a queda de tensão em um circuito elétrico, e a descarga de um capacitor é igualmente comparável ao retorno da membrana à sua extensão original.
• Os indutores são equivalentes a uma roda de pás pesada colocada no fluxo do fluido. A massa da roda e o tamanho das lâminas restringem a capacidade da água de alterar rapidamente sua taxa de fluxo (corrente) através da roda devido aos efeitos da inércia, mas, com o tempo, um fluxo constante passará praticamente desimpedido pela roda, pois ela gira na mesma velocidade do fluxo de água.
• Os diodos na analogia hidráulica se comparam muito bem a uma válvula de controle direcional.
• Os transistores são como válvulas de controle. Podemos usá-los para controlar o fluxo (ON/OFF) ou para controlar a taxa de fluxo (a corrente).