Resistência e condutância elétricas
A resistência elétrica mede o quão um objeto se opõe à passagem de corrente elétrica. Sua recíproca, a condutância elétrica, indica a facilidade com que a corrente flui. Conceitualmente, a resistência elétrica se assemelha ao atrito mecânico. A unidade de resistência no Sistema Internacional (SI) é o ohm (Ω), e a condutância é medida em siemens (S).
Pontos-chave
- Resistência é a oposição ao fluxo de corrente; condutância é a facilidade desse fluxo.
- A unidade de resistência é o ohm (Ω) e de condutância é o siemens (S).
- A Lei de Ohm descreve a proporcionalidade entre corrente e tensão para materiais ôhmicos.
- Resistência depende do material (resistividade) e da geometria (comprimento e área).
- Fatores como temperatura, deformação e iluminação podem alterar a resistência de um material.
Em uma analogia hidráulica, a corrente elétrica em um fio é como o fluxo de água em um cano, e a queda de tensão é como a diferença de pressão que impulsiona a água. A condutância é proporcional ao fluxo gerado por uma certa pressão, enquanto a resistência é a pressão necessária para um fluxo específico. A força motriz para a corrente em um resistor é a diferença de tensão entre seus terminais, assim como a diferença de pressão determina o fluxo de água em um cano. Se as pressões em ambos os lados de um cano forem iguais, não haverá fluxo, mesmo que a pressão absoluta seja alta.
Substâncias que permitem a passagem de eletricidade são chamadas de condutores. Um componente de material condutor com resistência definida, usado em circuitos, é um resistor. Condutores são feitos de materiais de alta condutividade, como cobre e alumínio. Resistores, por outro lado, utilizam uma variedade de materiais, escolhidos com base na resistência desejada, capacidade de dissipação de energia, precisão e custo.
Para muitos materiais, a corrente (I) é diretamente proporcional à tensão (V) aplicada (I ∝ V) em uma ampla faixa. Isso significa que a resistência e a condutância desses materiais são constantes. Essa relação é conhecida como Lei de Ohm, e os materiais que a seguem são chamados de ôhmicos (como fios e resistores). O gráfico de corrente versus tensão para um dispositivo ôhmico é uma linha reta que passa pela origem. Materiais e componentes que não seguem essa proporcionalidade são chamados de não lineares ou não ôhmicos (ex: diodos, lâmpadas fluorescentes), onde a resistência varia com a tensão e a corrente.
A resistência de um objeto depende do material e de sua forma. Para um mesmo material, a resistência é inversamente proporcional à área da seção transversal (fios mais grossos têm menor resistência) e diretamente proporcional ao comprimento (fios mais longos têm maior resistência). As fórmulas são R = ρ (ℓ/A) e G = σ (A/ℓ), onde ℓ é o comprimento, A é a área, σ é a condutividade (S·m⁻¹) e ρ é a resistividade (Ω·m). Resistividade e condutividade são constantes do material, sendo uma o inverso da outra (ρ = 1/σ). A resistividade mede a oposição do material à corrente.
Um ohmímetro é o instrumento usado para medir resistência. Ohmímetros simples podem ter imprecisões em medições de baixa resistência devido à resistência dos próprios cabos de medição. Dispositivos mais precisos utilizam a medição de quatro terminais para contornar esse problema.
Elementos não ôhmicos (como diodos e baterias) não seguem a Lei de Ohm, apresentando curvas corrente-tensão não lineares. Nesses casos, a resistência não é constante e varia com a tensão ou corrente. Existem dois tipos de resistência: a resistência estática (Rs = V/I) e a resistência diferencial (Rd = dV/dI).
Impedância e Admitância
Em corrente alternada (CA), a relação entre corrente e tensão considera não apenas a magnitude, mas também a diferença de fase. Em resistores ideais, tensão e corrente oscilam em fase. Em capacitores e indutores, há uma defasagem de 90° entre tensão e corrente. Números complexos são usados para representar tanto a magnitude quanto a fase.
Dependência da Frequência
Em circuitos de CA, a resistência e a condutância podem variar com a frequência (resposta dielétrica universal). Isso ocorre devido a efeitos como o efeito pelicular (e o de proximidade) e a própria dependência da resistividade com a frequência.
Elementos com resistência dissipam energia elétrica ao se oporem ao fluxo de corrente, convertendo-a em calor. Esse fenômeno é conhecido como aquecimento Joule (ou ôhmico/resistivo). Embora frequentemente indesejado (como em perdas de transmissão), pode ser útil em aplicações como fogões elétricos e lâmpadas incandescentes, onde o filamento é aquecido até emitir luz.
Dependência da Temperatura
A resistividade da maioria dos metais aumenta com a temperatura, enquanto em semicondutores ela geralmente diminui. Essa variação é explorada em sensores de temperatura como termorresistências e termistores, cuja resistência muda de forma previsível com a temperatura. É importante considerar o autoaquecimento do sensor por correntes de medição em aplicações precisas.
Dependência da Deformação
A resistência de um condutor também varia com a deformação mecânica. Sob tração (alongamento), o comprimento aumenta e a área diminui, elevando a resistência. Sob compressão, a resistência diminui. Essa propriedade é utilizada em extensômetros.
Dependência da Iluminação
Alguns semicondutores exibem fotocondutividade, onde a resistência muda com a incidência de luz. Esses são os fotoresistores, usados como detectores de luz.
