M015 - Diferença de Potencial

Referência de Tensão e Diferença de Potencial

Neste Módulo nós vamos discutir o que é tensão referencial e diferença de potencial. Para isto vamos começar apresentando o que é grandeza relativa e grandeza absoluta.

Uma grandeza relativa é aquela para qual você tem de definir uma referência, quando indica o valor dela. Por exemplo, se te perguntar qual a distância da cidade de São Paulo eu tenho de dizer em relação a que local. Perguntar simplesmente qual a distância é uma pergunta incompleta. Tenho que perguntar qual a distância de São Paulo ao Rio de Janeiro, por exemplo. Neste caso a cidade do Rio de Janeiro é meu referencial. Um outro exemplo é a velocidade de um avião. Ela pode ser medida em relação ao solo ou em relação ao ar. Os valores serão diferentes, dependendo do referencial adotado.

Já no caso das grandezas absolutas, eu não preciso definir uma referência. Se te perguntar qual seu peso, não preciso definir em relação a que. Não preciso de uma referência. Seu peso é, por exemplo, 70Kg, independente de qualquer referência. Outro exemplo de grandeza absoluta é a altura de uma árvore. Ela será, por exemplo, 30 metros, sem a necessidade de definir referencial. Não confundir referencial com unidade de medida. A árvore tem 30 metros, se quisermos o resultado em metros, ou 3000cm, se quisermos o resultado em cm. Mas a medida é a mesma. Só mudamos a unidade de medição.

Tensão e Corrente

Como já vimos anteriormente, a tensão e a corrente são as duas grandezas principais manipuladas pelos circuitos eletrônicos. A Tensão (ou voltagem) é uma grandeza Relativa, enquanto a Corrente é uma grandeza Absoluta. Isto significa dizer que rigorosamente falando, ao medirmos a tensão de um ponto em um circuito, devemos definir em relação a que referencial aquela medição é válida. Já para corrente se falarmos que ela vale 1A ela já estará definida por completo.

Voce já deve ter visto o símbolo da figura 1. Ele é conhecido como GND e é utilizado para definir o referencial "zero" para as tensões de um circuito. Existem algumas variações para o símbolo mas ele é fácilmente reconhecido nos esquemas eletrônicos.

Fig 1

Veja o exemplo da figura 2:

O símbolo GND indica que a tensão do ponto C é 0V (zero volts). Se nós quisermos definir os valores de tensão nos pontos A e B, eles serão valores indicados em relação ao ponto C ou ponto GND.

Fig 2

Aproveitando a figura 2, vejamos o seguinte exemplo:

1) No circuito da figura 2, calcule o valor da tensão nos pontos A, B e C, sabendo que a tensão de F1 é 12V, a tensão de F2 é 24V e a tensão de F3 é 6V

Resposta:

A tensão no ponto C nós já sabemos, já que é a tensão GND de referência, ou seja 0V.

A tensão no ponto A será dada pela associação em série das fontes 1 e 2. Como já sabemos o valor é dado pela soma das tensões de cada fonte:

V_A = V_F1 + V_F2 Logo: V_A = 12V + 24V = 36V

Já a tensão no ponto B será dada pela tensão da fonte F3. Mas observe que a fonte F3 está com o polo positivo conectado a GND. Assim a tensão em B é dada por:

V_B = -V_F3 Logo: V_B = - 6V

Diferença de Potencial (ddp)

Um conceito importante em eletrônica é o de diferença de potencial. A diferença de potencial é a diferença entre as tensões entre dois pontos de um circuito. Em alguns casos a ddp é conhecida como queda de tensão.

Observe o esquema da figura 3:

Fig 3

A diferença de potencial entre os pontos A e B é dada por:

V_AB = V_A - V_B

A diferença de potencial tem sinal. Assim a ddp de B para A é dada por:

V_BA = V_B - V_A Logo: V_BA = - V_AB

Vejamos o exemplo a seguir

2) No circuito da figura 3, calcule a ddp entre A e C, sabendo que a ddp em R2 é de 4V. Sabemos ainda que a queda de tensão em R3 é de 3V.

Resposta:

Nós misturamos as expressões ddp e queda de tensão, no exemplo, propositalmente. Estas expressões se confundem muitas vezes. A expressão "queda de tensão" é normalmente empregada para identificar a "perda de tensão" entre pontos do circuito. Queda de tensão é normalmente expressa como valor positivo e é calculada pela diferença entre a tensão maior e a menor dos dois pontos em análise.

Voltando ao exemploo 2, nós ainda não apresentamos todas as ferramentas necessárias para você responder ao exercício. Por isso vamos utilizar algumas considerações para chegarmos ao resultado. O exercício diz que a ddp em R2 é de 4V. Com esta informação você já sabe que a diferença de tensão entre os pontos A e B é de 4V. Mas você não sabe se a tensão em A é maior ou menor que que a em B. A tensão em B é 0V, já que B está conectado ao GND. Mas a tensão em A poderia ser positiva ou negativa. Só sabemos que é de 4V mas não sabemos se é positiva ou negativa. Você verá mais a frente que como A está mais próximo do polo positivo da fonte ela é maior que a tensão em B. Como a tensão em B é de 0V, concluimos que a tensão em A é de +4V. Mas não se preocupe. Em breve apresentaremos as Leis de Kirchhoff e você concluirá facilmente qual o sinal da tensão no ponto A.

Usando o mesmo argumento, a tensão em C deve ser menor que a tensão em B, já que C está mais próximo do polo negativo da fonte F1. Como o exercício diz que a queda de tensão em R3 é de 3V, concluímos então que a tensão em C é de -3V.

Assim podemos calcular a ddp entre A e C, pedida no exercício:

V_AC = V_A - V_C logo: V_AC = +4V - (-3V) = 7V.