Volt ou volt: conceito e fórmulas, equivalências, exemplos - Ciência - 2023

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o volt ou volt é a unidade utilizada no Sistema Internacional de Unidades do SI para expressar tensão e potencial elétrico, uma das principais quantidades de eletricidade. A tensão faz o trabalho necessário para iniciar as cargas elétricas e, assim, criar uma corrente. A corrente elétrica, viajando através de condutores, é capaz de dar partida em motores, transmitir informações, iluminar avenidas e residências e muito mais.

O nome volt como unidade foi escolhido em homenagem a Alessandro Volta (1745-1827), o físico e químico italiano que inventou a bateria elétrica por volta de 1800. Naquela época, o anatomista Luigi Galvani havia verificado que pernas de sapo podiam ser contrato aplicando eletricidade. Volta, ciente desses resultados, também começou a procurar cargas elétricas em tecidos animais, usando um eletroscópio.

No entanto, Volta não encontrou o que procurava em materiais orgânicos e finalmente se convenceu de que as cargas elétricas estavam, de alguma forma, nos metais com os quais tocou as pernas do sapo.

Volta também percebeu que dois metais diferentes produziam uma diferença de potencial e que algumas combinações eram melhores do que outras. Foi assim que construiu a primeira bateria: folhas de feltro umedecidas em solução salina entre dois eletrodos de prata e zinco. Ele empilhou várias dessas camadas e, portanto, foi capaz de produzir uma corrente elétrica estável.

Conceito e fórmulas

Em 1874, o volt, juntamente com o ohm, foram adotados como unidades de tensão e resistência respectivamente, por uma comissão do Associação Britânica para o Avanço da Ciência (BAAS) formado por cientistas notáveis de todo o mundo.

Na época eram chamadas de “unidades práticas” e hoje fazem parte do Sistema Internacional de Unidades ou SI.

Na maior parte da literatura, a diferença de potencial é definida como energia por unidade de carga. Na verdade, se você tem uma carga elétrica no meio de um campo elétrico produzida por outra carga, precisa trabalhar para fazê-los se mover de um lugar para outro.

O trabalho realizado é armazenado na configuração de cargas como variação de sua energia potencial elétrica, a que chamaremos ∆U. O símbolo ∆ indica esta mudança ou diferença, uma vez que ∆U =OU_final - OU_inicial.

Desta forma, a diferença de potencial entre dois pontos ∆V, é definido como:

∆V = ∆U / q

Como a energia tem unidades de joule (J) e a carga vem em coulomb (C), uma voltagem de 1 volt (V) é igual a 1 joule / coulomb:

1 V = 1 J / C

Assim, 1 volt equivale a uma diferença de potencial fazendo o trabalho de 1 joule para cada coulomb.

Definição alternativa de volt

Outra maneira de definir o volt é vinculando a corrente elétrica e a energia. Desta forma, 1 volt (V) é a diferença de potencial entre dois pontos de um fio através do qual circula uma corrente de 1 ampere (A) se a potência dissipada for de 1 watt (W). Portanto:

1 V=1 W / A

Essa definição é importante porque envolve a intensidade da corrente elétrica, que é uma das magnitudes fundamentais da física. Portanto, o ampere pertence ao grupo de sete unidades fundamentais:

metro, quilograma, segundo, ampere, Kelvin, mole, candela

É possível verificar que ambas as definições são equivalentes, sabendo que 1 watt é 1 joule / segundo e 1 ampere é 1 coulomb / segundo, portanto:

1 W / A = 1 (J / s) / (C / s)

Os segundos se cancelam e J / C permanece, por sua vez equivalente a 1 newton. metro / coulomb. Portanto, 1 volt também é expresso como:

1 V = 1 N.m / C

Lei de Ohm

Para alguns materiais, existe uma relação linear entre a tensão (V), a corrente (I) e a resistência elétrica (R) de um material, conhecida como lei de Ohm. Desta forma:

V = I.R

Como as unidades de resistência elétrica são ohms (Ω), verifica-se que 1 V = 1 A. Ω

Equivalências

Para medir tensões, principalmente o multímetro ou testador e o osciloscópio. O primeiro oferece uma medição direta da tensão e o segundo possui uma tela para mostrar a forma do sinal, bem como seu valor.

É comum encontrar valores muito maiores ou menores que o volt, portanto é útil ter as equivalências entre os múltiplos e os submúltiplos:

-1 quilovolt (kV) = 1000 V

-1 milivolt (mV) = 10^-3 V

-1 microvolt (μV) = 10^-6 V

Exemplos

Voltagens em biologia

No coração, há uma área chamada nodo sinusal, que se comporta como uma bateria, gerando impulsos elétricos que estimulam os batimentos cardíacos.

O gráfico da mesma é obtido por meio de um eletrocardiograma, que oferece os valores do ciclo cardíaco: duração e amplitude. Graças a isso, podem ser detectadas anormalidades no funcionamento do coração.

Os valores típicos do potencial de membrana, no interior do coração, ficam entre 70-90 mV, enquanto o eletrocardiógrafo é capaz de registrar tensões da ordem de 1 mV.

O sistema nervoso também funciona por impulsos elétricos. Voltagens de cerca de 70 mV podem ser medidas nos nervos dos humanos.

Tensões na Terra

A Terra possui um campo elétrico próprio direcionado para o interior do planeta, desta forma sabe-se que possui carga negativa. Entre a superfície e as camadas superiores da atmosfera existem campos cuja magnitude varia entre 66-150 N / C, e diferenças de potencial de até 100 kV podem ser estabelecidas.

Por outro lado, as correntes naturais que fluem no subsolo, permitem caracterizar um terreno através da utilização de métodos elétricos em geofísica. Um teste consiste em inserir eletrodos em campo, dois para tensão e dois para corrente e medir as respectivas magnitudes.

Ao variar a configuração dos eletrodos de diferentes maneiras, é possível determinar a resistividade do solo, propriedade que indica quão fácil ou difícil pode fluir a corrente em um determinado material. Dependendo dos valores obtidos, pode-se inferir a existência de uma anomalia elétrica, o que pode indicar a existência de certos minerais no subsolo.

Tensões em dispositivos comumente usados

- Rede elétrica doméstica (tensão alternada): 110 V na América e 220 na Europa.

- Tomadas de estacionamento no carro: 15 kV

- Bateria do carro: 12V

- Bateria seca para brinquedos e lanternas: 1,5 V

-Tensão em uma bateria Smartphone: 3,7 V.

Referências

Comissão Eletrotécnica Internacional IEC. Contexto histórico. Recuperado de: iec.ch.
Griem-Kee, S. 2016. Métodos elétricos. Recuperado de: geovirtual2.cl.
Kirkpatrick, L. 2007. Physics: A Look at the World. 6^ta Edição reduzida. Cengage Learning.
Knight, R. 2017. Physics for Scientists and Engineering: a Strategy Approach.
The Physics Factbook. Campo elétrico na terra. Recuperado de: hypertextbook.com.
Wikipedia. Eletrocardiograma. Recuperado de: es.wikipedia.org.
Wikipedia. Magnitude física. Recuperado de: es.wikipedia.org.