Volt – A Unidade de Tensão Elétrica
Um volt é definido como o potencial elétrico entre dois pontos de um fio condutor quando uma corrente elétrica de um ampere dissipa um watt de potência entre esses pontos. O volt é a unidade derivada para potencial elétrico, diferença de potencial elétrico (tensão) e força eletromotriz.
Sistema Internacional de Unidades (SI)
No Sistema Internacional de Unidades (SI), um potencial elétrico é expresso em unidades de joules por coulomb (J⋅C-1), ou volts (V). O volt recebeu esse nome em homenagem ao físico italiano Alessandro Volta (1745–1827). Um coulomb é igual a 6.28 x 1018 (bilhão, bilhão) elétrons. Por exemplo, se um objeto ganha um coulomb de carga negativa, ele adquiriu 6.280.000.000.000.000.000 elétrons extras.
Definição de Volt
Um volt é definido como uma diferença de potencial que faz um coulomb de corrente realizar um joule de trabalho. A tensão também é definida de forma que objetos carregados negativamente sejam atraídos para tensões mais altas, enquanto objetos carregados positivamente são atraídos para tensões mais baixas. Assim, a corrente convencional em um fio ou resistor sempre flui de uma tensão mais alta para uma mais baixa.
Lei de Ohm
A lei de Ohm afirma que um volt é a quantidade de força necessária para fazer passar um ampere de corrente através de um ohm de resistência.
Tensões Típicas
Para comparar diferentes ordens de magnitude, a seguinte lista descreve níveis típicos de tensão:
1.5V (DC) – Uma tensão aberta comum para pilhas alcalinas não recarregáveis (por exemplo, pilhas AAA, AA e C).
3.8V (DC) – Quase todas as baterias de smartphones funcionam a 3.8 volts. Para que a corrente flua do carregador para a bateria, deve haver uma diferença de potencial. Portanto, os carregadores de bateria ou USBs para quase todos os smartphones fornecem uma tensão de 5V.
12V (DC) – Uma tensão comum para baterias de automóveis é 12 volts (DC).
110 – 120V (AC) – A tomada elétrica mais comum em qualquer casa. O continente americano usa uma tensão de 110 a 120 volts (AC), enquanto Europa, Ásia e África usam 220 a 240 volts (AC).
3kV – Tensão necessária para gerar cada 1mm de um arco elétrico.
110kV – A tensão em linhas de transmissão de energia elétrica usadas para distribuir eletricidade das estações de energia pode ser várias vezes maior que as tensões do consumidor, tipicamente 110 a >500 kV (AC).
300 MV – Um típico raio tem cerca de 300 milhões de Volts e cerca de 30.000 Amperes.
Métodos de Produção de Tensão
A tensão, ou o potencial elétrico, pode ser produzido pelos seguintes métodos:
Eletricidade estática – A maior parte da eletricidade estática que encontramos diariamente é causada pelo efeito triboelétrico.
Eletroquímica – Combinação de certos metais com produtos químicos para causar uma reação química que transfere elétrons.
Indução magnética – Rotação de bobinas de fio através de um campo magnético estacionário.
Efeito piezoelétrico – Dobrar ou torcer certos materiais causa a saída de elétrons.
Termoeletricidade – Aquecimento de dois materiais diferentes unidos causa a transferência de elétrons.
Efeito fotoelétrico – Emissão de fotoelétrons quando a radiação eletromagnética atinge uma superfície.
Emissão termiônica – Eletrões são libertados de uma superfície quente.
Analogia Hidráulica do Volt
A analogia hidráulica, ou a analogia elétrico-fluido, é uma analogia amplamente usada entre hidráulica e eletricidade, sendo uma ferramenta útil para ensino e para quem tem dificuldade em entender como os circuitos funcionam. Ela também pode ser aplicada a problemas de transferência de calor. A relação entre tensão e corrente é definida (em dispositivos ôhmicos como resistores) pela lei de Ohm, análoga à equação de Hagen-Poiseuille, pois ambos são modelos lineares que relacionam fluxo e potencial em seus respectivos sistemas.
Perguntas Frequentes
Por que as pilhas alcalinas (AAA ou AA) são feitas para serem de 1.5V enquanto as recarregáveis são de 1.2V? As células primárias caem gradualmente em tensão com o uso; começam em 1.5 volts, caem para 1.2 e continuam até 1.0, onde o aparelho para de funcionar. As células secundárias operam de forma mais uniforme, mesmo com apenas 1.2 volts; têm descarga plana onde permanecem praticamente em 1.2 volts até se esgotarem e depois caem rapidamente para abaixo de 1.0 volts.
Quais são as tensões típicas para dispositivos domésticos? As tensões variam de 1.5V (DC) para pilhas alcalinas a 110 – 120V (AC) para tomadas elétricas comuns em residências.
