Tensão: O que é?

Electrical4u

Campo: Eletricidade Básica

China

O que é Voltagem?

A voltagem (também conhecida como diferença de potencial elétrico, força eletromotriz emf, pressão elétrica ou tensão elétrica) é definida como a diferença de potencial elétrico por unidade de carga entre dois pontos em um campo elétrico. A voltagem é expressa matematicamente (ou seja, em fórmulas) usando o símbolo “V” ou “E”.

Se você está procurando uma explicação mais intuitiva para ajudar a explicar o que é voltagem, pule para esta seção do artigo.

Caso contrário, continuaremos abaixo com uma definição mais formal da voltagem.

Em um campo elétrico estático, o trabalho necessário para mover uma unidade de carga entre dois pontos é conhecido como voltagem. Matematicamente, a voltagem pode ser expressa como,

$\begin{align*} Voltage = \frac{Work\,\,Done\ (W)}{Charge\ (Q)} \end{align*}$

Onde o trabalho realizado está em joules e a carga está em coulombs.

$\begin{align*} Thus, Voltage = \frac{joule}{coulomb} \end{align*}$

Podemos definir a tensão como a quantidade de energia potencial entre dois pontos em um circuito.

Um ponto tem um potencial mais alto e os outros pontos têm um potencial mais baixo. A diferença de carga entre o potencial mais alto e o mais baixo é chamada de tensão ou diferença de potencial.

A tensão ou diferença de potencial fornece a força aos elétrons para fluírem através do circuito.

Quanto maior a tensão, maior a força, e, portanto, mais elétrons fluem através do circuito. Sem tensão ou diferença de potencial, os elétrons se moveriam aleatoriamente no espaço livre.

A tensão também é às vezes referida como "tensão elétrica". Por exemplo, a capacidade de manuseio de tensão de cabos, como 1 kV, 11 kV e 33 kV, são referidos respectivamente como cabos de baixa tensão, alta tensão e super tensão.

Definição da Diferença de Potencial como Potencial do Campo Elétrico

Como mencionado, a tensão é definida como a diferença de potencial elétrico por unidade de carga entre dois pontos em um campo elétrico. Vamos descrever isso usando equações.

Considere dois pontos A e B.

O potencial do ponto A em relação ao ponto B é definido como o trabalho realizado para mover uma carga unitária do ponto A para B na presença do campo elétrico E.

Matematicamente, isso pode ser expresso como,

$\begin{align*} V_A_B = \frac{W}{Q} = -\int_B^A E^- * dl^-\end{align*}$

Esta também é a diferença de potencial entre os pontos A e B, com o ponto B como ponto de referência. Pode ser expressa também como,

$\begin{align*} V_A_B = V_A - V_B \end{align*}$

Agora, a tensão pode ser um conceito bastante difícil de entender conceitualmente.

Portanto, usaremos uma analogia com algo tangível—algo no mundo real—para ajudar a tornar a tensão mais fácil de compreender.

Compreendendo a Tensão Através de Analogia

A "analogia hidráulica" é uma analogia comum usada para ajudar a explicar a tensão.

Na analogia hidráulica:

A tensão ou potencial elétrico é equivalente à pressão da água hidráulica
A corrente elétrica é equivalente à taxa de fluxo de água hidráulica
A carga elétrica é equivalente a uma quantidade de água
Um condutor elétrico é equivalente a um cano

Analogia 1

Considere um tanque de água como mostrado na figura abaixo. A Figura (a) mostra dois tanques preenchidos com o mesmo nível de água. Portanto, a água não pode fluir de um tanque para outro, pois não há diferença de pressão.

Agora, a Figura (b) mostra dois tanques cheios com níveis de água diferentes. Portanto, há uma certa diferença de pressão entre esses dois tanques. Assim, a água fluirá de um tanque para outro até que o nível de água dos dois tanques se torne igual.

Da mesma forma, se conectarmos duas baterias por meio de um fio condutor com níveis de tensão diferentes, então as cargas podem fluir da bateria de potencial mais alto para a bateria de potencial mais baixo. Assim, a bateria de potencial mais baixo é carregada até que o potencial das duas baterias se torne o mesmo.

Analogy 2

Considere um tanque de água colocado a certa altura acima do solo.

A pressão da água na extremidade da mangueira é equivalente à tensão ou diferença de potencial em um circuito elétrico. A água no tanque é equivalente à carga elétrica. Agora, se aumentarmos a quantidade de água no tanque, maior pressão será gerada na extremidade da mangueira.

Inversamente, se drenarmos certa quantidade de água do tanque, a pressão criada na extremidade da mangueira diminuirá. Podemos considerar que este tanque de água é como uma bateria de armazenamento. Quando a tensão da bateria diminui, as lâmpadas ficam mais fracas.

Analogy 3

Vamos entender como o trabalho pode ser realizado pela tensão ou diferença de potencial em um circuito elétrico. o circuito elétrico é mostrado na figura abaixo.

Conforme mostrado no circuito hidráulico, a água flui através de um tubo impulsionado por uma bomba mecânica. Um tubo é equivalente a um fio condutor em um circuito elétrico.

Agora, se uma bomba mecânica produzir uma diferença de pressão entre dois pontos, então a água pressurizada poderá realizar trabalho, como acionar uma turbina.

Da mesma forma, em um circuito elétrico, a diferença de potencial de uma bateria pode causar a circulação de corrente pelo condutor; assim, o trabalho pode ser realizado pela corrente elétrica em movimento, como iluminar a lâmpada.

What is Voltage Measured In (Voltage Units)?

SI Unit of Voltage

A unidade SI para tensão é o voltagem. Isso é representado por um V. O voltagem é uma unidade derivada do SI de tensão. O físico italiano Alessandro Volta (1745-1827), que inventou a pilha voltaica, que foi a primeira bateria elétrica, portanto, a unidade de voltagem é nomeada em sua homenagem.

Voltagem em Unidades Base do SI

A voltagem pode ser definida como a diferença de potencial elétrico entre dois pontos em um circuito elétrico que dissipa um joule de energia por coulomb de carga que passa pelo circuito elétrico. Matematicamente, pode ser expressa como,

$\begin{align*} 1\,\,Volt = \frac{potential \ energy} {chrage} = \frac{1\,\, joule}{1\,\,coulomb} = \frac{kg\,\, m^2}{A\,\,s^3} \end{align*}$

Portanto, a voltagem pode ser expressa em termos de unidades base do SI como $\frac{kg\,\,m^2}{A\,\,s^3}$ ou $kg\,\,m^2\,\,s^-^3\,\,A^-^1$ .

Também pode ser medida em watts por ampère ou amperes vezes ohms.

Fórmula de Tensão

A fórmula básica para a tensão é mostrada na imagem abaixo.

Fórmula de Tensão 1 (Lei de Ohm)

De acordo com a Lei de Ohm, a tensão pode ser expressa como,

$\begin{align*} Tensão = Corrente * Resistência \end{align*}$

$\begin{align*} V = I * R \end{align*}$

Exemplo 1

Como mostrado no circuito abaixo, uma corrente de 4 A está fluindo através da resistência de 15 Ω. Determine a queda de tensão no circuito.

Solução:

Dados fornecidos: $I = 4\,\,A$ , $R=15\,\,\Omega$

De acordo com a lei de Ohm,

$\begin{align*} & V = I * R \\ & = 4 * 15 \\ & V = 60\,\,Volts \end{align*}$

Assim, usando a equação, obtemos uma queda de tensão no circuito de 60 volts.

Fórmula de Tensão 2 (Potência e Corrente)

A potência transferida é o produto da tensão de alimentação e da corrente elétrica.

$\begin{align*} P = V * I \end{align*}$

Agora, substitua $I=\frac{V}{R}$ na equação acima, obtemos,

(1) $\begin{equation*} P = V * I = \frac{V^2}{R} \end{equation*}$

Assim, obtemos que a tensão é igual à potência dividida pela corrente. Matematicamente,

$\begin{align*} V = \frac{P}{I} \,\,Volts \end{align*}$

Exemplo 2

Conforme mostrado no circuito abaixo, uma corrente de 2 A está fluindo através de uma lâmpada de 48 W. Determine a tensão de alimentação.

Solução:

Dados fornecidos: $I = 2\,\,A$ , $P = 48 \,\,W$

De acordo com a fórmula entre tensão, potência e corrente mencionada acima,

$\begin{align*} & V = \frac{P}{I} \\ & = \frac{48}{2} \\ & V = 24 \,\,Volts \end{align*}$

Portanto, usando a equação, obtemos uma tensão de alimentação de 24 volts.

Fórmula da Tensão 3 (Potência e Resistência)

De acordo com a equação (1), a tensão é a raiz quadrada do produto da potência e da resistência. Matematicamente,

$\begin{align*} V = \sqrt{P*R} \end{align*}$

Exemplo 3

Como mostrado no circuito abaixo, determine a tensão necessária para acender uma lâmpada de 5 W com uma resistência de 2 Ω.

Solução:

Dados fornecidos: $P = 5 \,\, W$ , $R = 2 \,\, \Omega$

De acordo com a fórmula mencionada acima,

$\begin{align*} & V = \sqrt{P*R} \\ & = \sqrt{5*2} \\ & = \sqrt{10} \\ & V = 3.16 \,\,Volts \end{align*}$

Assim, usando a equação, obtemos a tensão necessária para acender a lâmpada de $5 W, 2\Omega$ 3.16 Volts.

Símbolo do Circuito de Tensão (CA e CC)

Símbolo de Tensão CA

O símbolo para a tensão CA (corrente alternada) é mostrado abaixo:

企业微信截图_17098668569432.png — Símbolo de Tensão CA

Símbolo de Tensão CC

O símbolo para a tensão CC (corrente contínua) é mostrado abaixo:

Dimensões da Tensão

A tensão (V) é uma representação da energia elétrica por unidade de carga.

As dimensões da tensão podem ser expressas em termos de massa (M), comprimento (L), tempo (T) e ampere (A), conforme dado por $M L^2 T^-^3 A^-^1$ .

$\begin{align*} V = \frac{W}{Q} = \frac{M L^2 T^-^2}{A T} = M L^2 T^-^3 A^-^1 \end{align*}$

Observe que alguns também usam I no lugar de A para representar a corrente. Neste caso, a dimensão da tensão pode ser representada como $M L^2 T^-^3 I^-^1$ .

Como Medir a Tensão

Em um circuito elétrico e eletrônico, a medição de tensão é um parâmetro essencial que precisa ser medido. Podemos medir a tensão entre um ponto específico e o solo ou linha de zero volts em um circuito.

Em um circuito trifásico, se medirmos a tensão entre qualquer uma das fases do trifásico e o ponto neutro, isso é conhecido como tensão fase-terra.

De maneira semelhante, se medirmos a tensão entre quaisquer duas fases do trifásico, isso é conhecido como tensão fase-fase.

Existem vários instrumentos usados para medir a tensão. Vamos discutir cada método.

Método do Voltímetro

A tensão entre dois pontos em um sistema pode ser medida usando um voltímetro. Para medir a tensão, o voltímetro deve ser conectado em paralelo com o componente cuja tensão será medida.

Uma ponta do voltímetro deve ser conectada ao primeiro ponto e a outra ao segundo ponto. Note que o voltímetro nunca deve ser conectado em série.

O voltímetro também pode ser usado para medir a queda de tensão em qualquer componente ou a soma da queda de tensão em dois ou mais componentes dentro de um circuito.

Um voltímetro analógico funciona medindo a corrente através de um resistor fixo. Agora, de acordo com a lei de Ohm, a corrente através do resistor é diretamente proporcional à tensão ou diferença de potencial através do resistor fixo. Assim, podemos determinar a tensão desconhecida.

Outro exemplo de conexão de um voltímetro para a medição de tensão em uma bateria de 9 V é mostrado na figura abaixo:

Método do Multímetro

Nos dias atuais, um dos métodos mais comuns para medir a tensão é usando um multímetro. O multímetro pode ser analógico ou digital, mas os multímetros digitais são os mais comumente usados devido à sua maior precisão e baixo custo.

A tensão ou diferença de potencial em qualquer equipamento pode ser simplesmente medida conectando as sondas de um multímetro nos dois pontos onde a tensão deve ser medida. A medição da tensão da bateria usando um multímetro é mostrada na imagem abaixo.

Multimeter for Voltage Measurement — Conexão do Multímetro para Medição da Tensão da Bateria

Método do Potenciômetro

O potenciômetro funciona com base no princípio da técnica de equilíbrio nulo. Ele mede a tensão comparando uma tensão desconhecida com uma tensão de referência conhecida.

Outros instrumentos, como o osciloscópio, o voltmeter eletrostático, também podem ser usados para medir a tensão.

Diferença entre Tensão e Corrente (Tensão vs Corrente)

A principal diferença entre tensão e corrente é que a tensão é a diferença de potencial elétrico entre dois pontos em um campo elétrico, enquanto a corrente é o fluxo de cargas elétricas de um ponto para outro em um campo elétrico.

Podemos dizer simplesmente que a tensão é a causa do fluxo da corrente, enquanto a corrente é o efeito da tensão.

Quanto maior a tensão, mais corrente flui entre dois pontos. Note que se dois pontos em um circuito estão no mesmo potencial, então a corrente não pode fluir entre esses pontos. A magnitude da tensão e da corrente depende uma da outra (conforme a lei de Ohm).

Outras diferenças entre tensão e corrente são discutidas na tabela abaixo.

Voltage\ (V)=\frac{Work\ done\ (W)}{Charge\ (Q)} — Diferença entre Tensão e Corrente

Current\ (I)=\frac{Charge\ (Q)}{time\ (t)} — Diferença entre Tensão e Corrente

Diferença entre Tensão e Diferença de Potencial (Tensão vs Diferença de Potencial)

Não há muita diferença entre a tensão e a diferença de potencial. No entanto, podemos descrever a diferença entre eles da seguinte maneira.

A tensão é a quantidade de energia necessária para mover uma unidade de carga entre dois pontos, enquanto a diferença de potencial é a diferença entre o potencial mais alto de um ponto e o potencial mais baixo do outro ponto.

Devido à carga pontual:

A tensão é o potencial obtido em algum ponto considerando o outro ponto de referência no infinito. Enquanto a diferença de potencial é a diferença de potencial entre dois pontos a distâncias finitas da carga. Matematicamente, eles podem ser expressos como,

$\begin{align*} Potential = V = \frac{Q}{4 \pi \epsilon_0 R} \end{align}$

$\begin{align*} Potential \,\, Difference= V_1_2 = \frac{Q}{4 \pi \epsilon_0}(\frac{1}{R_1} - \frac{1}{R_2}) \end{align}$

Se você preferir uma explicação em vídeo sobre tensão, confira o vídeo abaixo:

O que é uma Tensão Comum?

Uma tensão comum é definida como o nível típico de tensão ou a classificação do aparelho ou equipamento elétrico.

Abaixo está listada a tensão comum para vários aparelhos ou equipamentos elétricos.

Baterias de chumbo-ácido utilizadas em veículos elétricos: 12 Volts DC. A bateria de 12 V consiste em 6 células, com uma tensão comum de cada célula de 2,1 V. Note que as células estão conectadas em série para aumentar a classificação de tensão.
Células solares: Geralmente produzem uma tensão de aproximadamente 0,5 Volts DC em condições de circuito aberto. No entanto, múltiplas células solares são frequentemente conectadas em série para formar painéis solares, que podem fornecer uma tensão total mais alta.
USB: 5 Volts DC.
Linha de transmissão de energia elétrica de alta tensão: 110 kV a 1200 kV AC.
Linhas de energia (tração) de trens de alta velocidade: 12 kV e 50 kV AC ou 0,75 kV e 3 kV DC.
Fornecimento de energia TTL/CMOS: 5 Volts.
Uma única célula, recarregável bateria de níquel-cádmio: 1,2 Volts.
Baterias de lanterna: 1,5 Volts DC.

A tensão comum fornecida pela empresa de distribuição aos consumidores residenciais é:

100 V, 1-fase AC no Japão
120 V, 1-fase AC na América
230 V, 1-fase AC na Índia, Austrália

A tensão comum fornecida pela empresa de distribuição aos consumidores industriais é:

200 V, 3-fases AC no Japão
480 V, 3-fases AC na América
415 V, 3-fases AC na Índia

Aplicações da Tensão

Algumas das aplicações da tensão incluem:

Uma das aplicações mais comuns da tensão é determinar a queda de tensão em um dispositivo ou equipamento elétrico, como um resistor.
A adição de tensão é necessária para aumentar a classificação de tensão. Portanto, as células são conectadas em série para aumentar a classificação de tensão.
A tensão é a fonte básica de energia para todos os equipamentos elétricos e eletrônicos. De baixas tensões (5 V) a altas tensões (415 V), são utilizadas em várias aplicações.
A baixa tensão é geralmente usada para muitos equipamentos eletrônicos e aplicações de controle.
A alta tensão é usada para

Impressão eletrostática, pintura eletrostática, revestimento eletrostático de materiais
Estudo cosmológico do espaço
Precipitador eletrostático (controle de poluição do ar)
Laboratório de propulsão a jato
Tubos de raios X
Tubos de vácuo de amplificadores de alta potência
Espectrometria de massa
Testes dielétricos
Testes de alimentos e bebidas
Aplicações de pulverização e rotação eletrostáticas, eletrofotografia
Aplicações baseadas em plasma
Sensores de nível
Aquecimento por indução
Lâmpadas de flash
SONAR
Para testar equipamentos elétricos

Fonte: Electrical4u

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Voltage	Current
The voltage is the difference in potential between two points in an electric field.	The current is the flow of charges between two points in an electric field.
The symbol of the current is I.	The SI unit of current is ampere or amp.
The symbol of voltage is V or ΔV or E.	The symbol of current is I.
Voltage can be measured by using a voltmeter.	Current can be measured by using an ammeter.
$Voltage\ (V)=\frac{Work\ done\ (W)}{Charge\ (Q)}$	$Current\ (I)=\frac{Charge\ (Q)}{time\ (t)}$
$1\ Volt=\frac{1\ joule}{1\ coulomb}$	$1\ Ampere=\frac{1\ coulomb}{(1\ second)}$
In a parallel circuit, the magnitude of voltage remains the same.	In a series circuit, the magnitude of the current remains the same.
The voltage creates a magnetic field around it.	The current creates an electrostatic field around it.
Dimensions of voltage is $ML^2 T^-^3 A^-^1$	Dimensions of current is $MLTA^1$
In the hydraulic analogy, electric potential or voltage is equivalent to hydraulic water pressure.	In the hydraulic analogy, electric current is equivalent to hydraulic water flow rate.
The voltage is the cause of the current flowing in the circuit.	An electric current is the effect of a voltage.