Resistência elétrica
Parece que toda temporada de férias eu espero até o último minuto para fazer todas as minhas compras de Natal. Invariavelmente, não tenho outra opção a não ser ir ao shopping local para poder ir a todas as lojas de uma vez. É sempre a mesma situação: o lugar está lotado e eu tenho que lutar contra a multidão para ir de loja em loja. Talvez pareça uma maneira estranha de iniciar uma discussão sobre resistência elétrica, mas os dois cenários são, na verdade, muito semelhantes. Veja, um elétron tentando fazer seu caminho através de um fio é muito parecido com eu tentando fazer meu caminho através do shopping. Na verdade, à medida que aprendermos mais sobre o que causa a resistência elétrica, veremos como essas situações realmente são semelhantes.
Em geral, a palavra ‘resistência’ é usada para descrever uma força de impedimento que atua contra um objeto enquanto tenta fazer algo. Quando eu estava no shopping tentando abrir caminho no meio da multidão, sempre esbarrava nas pessoas. Cada uma dessas pequenas colisões tirou um pouco de minha energia enquanto eu lutava contra as forças que me impediam.
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Um elétron fluindo através de um condutor enfrenta os mesmos desafios, mas em vez de pessoas, ele é impedido pelos átomos do material. A quantidade que um objeto impede uma corrente elétrica, que é o fluxo de elétrons, é chamada de resistência elétrica e é medida em unidades de Ohms. A resistência geral de um objeto é afetada por vários fatores, sobre os quais falaremos em detalhes. O principal a se ter em mente é que qualquer mudança que faça com que os elétrons tenham mais colisões com os átomos aumentará a resistência do objeto.
Fator de Resistividade
‘Resistividade’ soa muito como ‘resistência’, mas na verdade são duas coisas diferentes. A resistividade é uma propriedade do material de que um objeto é feito, enquanto a resistência é afetada por várias outras características do objeto. Todo material tem alguns elétrons que são livres para se mover entre os átomos e outros elétrons que estão fortemente ligados aos átomos. Quando os elétrons livres tentam fluir pelo condutor, eles tendem a colidir com os elétrons mais externos dos átomos, o que impede seu movimento. Materiais com mais elétrons fortemente ligados e, portanto, menos elétrons livres, têm uma resistividade mais alta.
Voltando ao meu tempo no shopping, havia algumas pessoas que estavam se movendo no meio da multidão, tentando chegar às lojas, assim como eu, então elas realmente não estavam afetando meu progresso. Essas pessoas e eu éramos como os elétrons livres. Então havia outras pessoas que estavam apenas paradas, olhando pela janela, conversando com amigos ou simplesmente dando um tempo. Eram essas pessoas que eram difíceis de sobreviver e impediam meu progresso. Eles eram como os elétrons externos fortemente unidos dos átomos que simplesmente não se moviam. Se eu tivesse ido a outro shopping com menos pessoas em pé e mais pessoas se movendo, então esse shopping teria uma resistividade menor do que o primeiro.
Fator Dimensional
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A resistividade é um dos fatores que afetam a resistência geral de um objeto, mas as dimensões do objeto também desempenham um papel. A resistência de um fio em particular é muito afetada por seu comprimento e diâmetro. Aumentar o comprimento de um fio aumenta sua resistência porque os elétrons sofrerão mais colisões à medida que fluem de uma extremidade à outra. De volta ao shopping, se eu tivesse que caminhar uma distância maior entre as lojas, inevitavelmente encontraria mais daquelas pessoas que estavam apenas paradas e perderia mais energia no caminho.
Por outro lado, a resistência de um fio diminui à medida que seu diâmetro aumenta, porque os elétrons têm mais área de seção transversal para se mover, o que diminui a chance de colisões. Se o shopping fosse reformado para ficar mais largo, as pessoas poderiam se espalhar um pouco mais, o que me daria mais espaço para manobrar ao invés de esbarrar nelas.
Fator de Temperatura
Aumentar a temperatura de um objeto condutor fará com que sua resistência aumente. Para entender por que isso acontece, vamos revisitar minha ida ao shopping. Lembra de todas aquelas pessoas que estavam apenas paradas, olhando pelas janelas e conversando com seus amigos? Como eles não estavam se movendo, consegui evitar alguns deles e evitar uma colisão. Mas, agora imagine que por algum motivo todos eles começaram a se mover um pouco, dando passos simples em direções aleatórias: um passo para frente, um passo para trás, um passo para a esquerda, um passo para a direita. Agora, enquanto tentava me esgueirar, eles poderiam me chocar e eu acabaria tendo mais colisões do que antes!
Isso é muito semelhante ao que acontece com um elétron tentando se mover através de um condutor aquecido. Quando a temperatura de um condutor aumenta, os átomos começam a vibrar com a energia térmica adicionada. Eles se movem levemente em todas as direções, causando mais colisões com os elétrons livres que tentam passar. Conforme a temperatura aumenta, aumenta também o tamanho das vibrações e, portanto, o número de colisões.
Aplicações Práticas de Resistência
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A resistência em um circuito nem sempre é ruim porque podemos aplicá-la propositalmente para fazer dispositivos úteis. As lâmpadas incandescentes são um exemplo comum disso. O filamento da lâmpada tem uma resistência muito alta, o que faz com que os elétrons percam grande parte de sua energia nessa parte do circuito. Essa energia é convertida em calor, o que, por sua vez, faz com que o filamento brilhe muito quente e emita luz.
Por falar em calor, o forno elétrico, o secador de cabelo, o aquecedor, a secadora de roupas e o ferro são exemplos de aparelhos que usam elementos de aquecimento. Um elemento de aquecimento nada mais é do que um condutor de alta resistência que converte energia elétrica em energia térmica. Também podemos usar a resistência para controlar a quantidade de corrente que flui em um circuito. Alguma das luzes da sua casa está em um interruptor dimmer? Um switch dimmer é um resistor variável que é usado para alterar a resistência de um circuito elétrico. Aumentar a resistência reduz a quantidade de corrente que vai para a luz, o que por sua vez a torna menos brilhante. O oposto é verdadeiro se reduzirmos a resistência, o que permite que mais corrente chegue à luz e brilhe com mais intensidade. A resistência pode ser muito útil quando aplicada de maneira intencional.
Resumo da lição
A resistência , dada em unidades de Ohms, é uma medida de quanto um objeto impede uma corrente elétrica, que é um fluxo de elétrons. A resistência de um objeto é afetada por vários fatores. Um desses fatores é a resistividade do material que compõe o objeto. Resistividadeé uma propriedade do material e está relacionada ao número de elétrons livres presentes. As dimensões de um objeto, e particularmente de um fio, também afetam a resistência. Aumentar o comprimento que os elétrons têm de viajar aumentará a resistência, ao passo que aumentar a área da seção transversal através da qual os elétrons fluirão diminuirá a resistência. O último fator que afeta a resistência de um objeto é a temperatura. À medida que a temperatura de um condutor aumenta, também aumenta sua resistência. Muitos dispositivos úteis fazem uso proposital de resistência para gerar calor, luz ou para controlar a corrente de outros dispositivos.
Resultados de Aprendizagem
Após esta lição, você será capaz de:
- Explique o que é resistência elétrica
- Identifique a unidade usada para medir a resistência elétrica
- Diferencie entre resistividade e resistência
- Descreva como cada um dos três fatores de resistência aumenta ou diminui a resistência
- Resuma como os dispositivos do dia a dia usam resistência para gerar calor ou luz