PREPARATÓRIO ENEM • FÍSICA

Giulia, vamos dominar a eletricidade juntos!

Da diferença entre tensão e corrente até a Lei de Ohm, LED, resistores e circuitos reais. Uma aula visual, direta e feita para você arrasar no ENEM e na bancada com o papai.

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O que é tensão elétrica?

Tensão elétrica, ou diferença de potencial (DDP), mede quanta energia cada unidade de carga pode ganhar ou perder entre dois pontos. É o campo elétrico que exerce força sobre as cargas; a tensão informa o potencial para realizar esse trabalho.

Símbolo e unidade

A tensão se mede em Volts (V) e o símbolo é V (ou U, em alguns livros brasileiros).

Uma pilha comum = 1,5 V. A tomada da casa = 127 V ou 220 V. A fonte ajustável que você vai usar pode variar de 0 a 30 V.

≈

Analogia perfeita

Tensão é como a altura de uma caixa d'água em relação ao chão. Quanto mais alta, mais pressão a água tem para sair pelo cano.

A tensão é a pressão, mas ainda não é a quantidade de água que sai por segundo. Isso é a corrente.

V = ΔE / q

V = tensão (V) ΔE = energia transferida (J) q = carga elétrica (C)

DC × AC: em DC (corrente contínua), a polaridade permanece fixa e a corrente convencional mantém um sentido: é o caso de pilhas, baterias e fontes de bancada. Em AC (corrente alternada), tensão e corrente variam periodicamente. A rede brasileira opera em 60 Hz: são 60 ciclos por segundo e duas inversões de sentido por ciclo. A eletrônica normalmente converte AC da tomada em DC.

Por que Giulia confunde tensão e corrente?

Porque as duas andam juntas. Mas pense assim:

Tensão (V) é a diferença de energia por carga entre dois pontos. Ela pode existir mesmo com o circuito aberto.
Corrente (A) é a taxa de passagem de carga. Ela surge quando existe um caminho fechado e uma DDP aplicada.

Uma pilha de 9 V sozinha na mesa apresenta 9 V entre seus terminais, mas a corrente externa é zero porque o circuito está aberto. Ao fechar um circuito com uma carga, passa corrente. Tensão é a causa disponível; corrente é a resposta do circuito.

O que é corrente elétrica?

Corrente elétrica é a taxa de passagem de carga por uma seção do condutor. Em metais, os portadores móveis são elétrons; em outros meios, também podem ser íons ou outras cargas.

Símbolo e unidade

Medimos a corrente em ampères (A). O símbolo é I (de intensidade de corrente).

1 A = 1000 mA. Se a placa LED especificar 200 mA, isso equivale a 0,2 A de corrente nominal.

→

Analogia da água

Se tensão é a altura da caixa d'água, corrente é a vazão: quantos litros passam pelo cano por segundo.

Um cano fino deixa passar pouca água (alta resistência). Um cano largo deixa passar muita (baixa resistência).

mA não é mAh: mA mede corrente instantânea. mAh mede capacidade de carga, normalmente de baterias. Por exemplo, uma bateria ideal de 2000 mAh alimentando 200 mA duraria cerca de 10 h; na prática, dura menos por causa das perdas e das condições de descarga.

Dois sentidos: por convenção, desenhamos a corrente I do polo positivo para o negativo. Em fios metálicos, os elétrons se deslocam no sentido oposto, do negativo para o positivo. As fórmulas usam o sentido convencional.

I = ΔQ / Δt

I = corrente (A) ΔQ = carga que atravessa a seção (C) Δt = intervalo de tempo (s)

Uma corrente de 1 A corresponde à passagem de 1 coulomb de carga por segundo. Mantida a mesma tensão, maior corrente significa maior potência elétrica e pode provocar mais aquecimento: P = V × I.

O que é resistência elétrica?

Resistência é a oposição que um material oferece à passagem da corrente. Quanto maior a resistência, menor a corrente para a mesma tensão.

Símbolo e unidade

Medimos em Ohms (Ω). O símbolo é R.

Resistores são componentes feitos para ter uma resistência conhecida. Eles limitam a corrente e protegem LEDs e outros componentes.

Função no circuito

LEDs precisam de corrente controlada. Mesmo que a fonte e o LED sejam marcados como 6 V, uma pequena variação pode produzir corrente excessiva.

O resistor em série cria uma queda de tensão e limita a corrente; um driver de corrente constante faz esse controle de forma ativa.

Como escolher o resistor para um LED?

Use a queda direta V_F informada pelo fabricante na corrente desejada. A fórmula vale para LED ou módulo sem controle de corrente incorporado; se a placa já tiver resistor ou driver, siga a especificação da placa.

R = (Vfonte - Vled) / Iled

Vfonte = tensão da fonte Vled = queda de tensão do LED Iled = corrente desejada no LED

Exemplo prático: LED 6 V, 200 mA, fonte ajustável 12 V

Tensão da fonte: 12 V
Tensão do LED: 6 V (queda típica dele)
Corrente desejada: 200 mA = 0,2 A
Resistor = (12 - 6) / 0,2 = 30 Ω
Potência dissipada no resistor: P = (12 - 6) × 0,2 = 1,2 W.
Escolha a potência nominal com folga: para 1,2 W calculados, use um resistor de pelo menos 2 W.

Atenção: LED é um componente não ôhmico. Sua corrente cresce muito com uma pequena elevação de tensão; por isso não se deve tratá-lo como um resistor nem ligá-lo diretamente a uma fonte de tensão sem limitação de corrente.

O que é potência elétrica?

Potência é a velocidade com que a energia elétrica está sendo transformada em luz, calor, movimento ou som. Quanto maior a potência, mais energia por segundo.

Símbolo e unidade

Medimos em Watts (W). O símbolo é P.

1 kW = 1000 W. Uma lâmpada LED de 9 W gasta menos energia que uma de 60 W incandescente.

Por que importa?

Potência alta num resistor significa que ele vai esquentar muito. Por isso escolhemos resistores com "sobra" de potência.

Fontes são classificadas por tensão e corrente máxima. Potência máxima = V × I.

P = V × I

P = V² / R P = I² × R

Quer calcular	Fórmula	Quando usar
Potência (P)	P = V × I	Sabe a tensão e a corrente
Potência (P)	P = V² / R	Sabe a tensão e a resistência
Potência (P)	P = I² × R	Sabe a corrente e a resistência

Analogia: se a tensão é a altura da caixa d'água e a corrente é a vazão, a potência é a rapidez com que a água pode transferir energia à roda: potência = altura × vazão.

Potência não é energia

Potência informa a rapidez da transformação; energia informa o total transformado durante um intervalo de tempo.

E = P × Δt

1 W = 1 J/s 1 kWh = 3,6 × 10⁶ J Energia residencial é cobrada em kWh

Exemplo de consumo

Uma lâmpada de 60 W ligada por 5 h consome E = 60 × 5 = 300 Wh = 0,30 kWh. Watt mede potência; watt-hora mede energia.

A Lei de Ohm

Para um resistor ôhmico em temperatura aproximadamente constante, a tensão é proporcional à corrente: V = R × I. A relação é uma excelente ponte entre tensão, corrente e resistência, mas LEDs, diodos e outros componentes não ôhmicos não apresentam resistência constante.

V = R × I

I = V / R R = V / I V = R × I

1. Calcular corrente

Tenho uma fonte de 12 V e um resistor de 4 Ω.

I = V / R = 12 / 4 = 3 A

2. Calcular tensão

Um resistor de 100 Ω é percorrido por 0,1 A.

V = R × I = 100 × 0,1 = 10 V

3. Calcular resistência

Um elemento resistivo ligado em 220 V conduz 0,5 A.

R = V / I = 220 / 0,5 = 440 Ω

Calculadora da Lei de Ohm

Tensão (V)

Corrente (I)

Resistência (R)

Digite dois valores para calcular o terceiro.

—

Triângulo da Lei de Ohm

Quer achar V? Multiplique R × I. Quer achar I? Divida V por R. Quer achar R? Divida V por I.

Circuitos em série e paralelo

As associações seguem duas conservações fundamentais: carga elétrica nos nós e energia nas malhas. Dessas ideias surgem as leis de Kirchhoff.

Resistores em série

Existe um único caminho, então a corrente é a mesma em todos. As quedas de tensão se dividem e somam a tensão da fonte.

R_eq = R₁ + R₂ + ...

Resistores em paralelo

Os componentes compartilham os mesmos dois nós, então a tensão é a mesma em cada ramo. A corrente se divide.

1/R_eq = 1/R₁ + 1/R₂ + ...

Lei dos nós

A soma das correntes que entram em um nó é igual à soma das correntes que saem: ΣI_entra = ΣI_sai. É consequência da conservação da carga.

Lei das malhas

Ao percorrer uma volta fechada, a soma algébrica das elevações e quedas de tensão é zero: ΣΔV = 0. É consequência da conservação da energia.

Curto-circuito: ao criar um caminho de resistência muito baixa, I = V/R prevê uma corrente muito alta, limitada apenas pela fonte, fios e contatos. Isso causa aquecimento e risco de dano. Use a limitação de corrente da fonte de bancada e nunca faça esta experiência na rede de 127/220 V.

Monte seu primeiro circuito

Vamos planejar com segurança um exemplo para uma placa LED especificada como 6 V e 200 mA. Antes de ligar, confirmem a marcação e verifiquem se a placa já possui resistor ou driver incorporado.

Procedimento didático: fonte de 12 V, resistor e LED em série

Confirmem no componente ou datasheet se a especificação é realmente 6 V e 200 mA. Se estiver escrito mAh, trata-se de capacidade de bateria, não de corrente do LED.
Com a saída da fonte desligada, ajustem o limite de corrente para 0,2 A. O adulto responsável faz e confere a ligação.
Calculem o resistor: R = (12 - 6) / 0,2 = 30 Ω.
Calculem a dissipação: P = (12 - 6) × 0,2 = 1,2 W. Usem resistor de no mínimo 2 W, pois ele ficará quente.
Liguem fonte, resistor e LED em série, respeitando a polaridade. Confiram no amperímetro da fonte que a corrente não ultrapassa 0,2 A.
Uma fonte ajustada exatamente em 6 V não garante, sozinha, corrente segura: a queda do LED varia com temperatura e fabricação. Nesse caso, usem o modo de corrente constante da fonte ou um driver apropriado.

Regras de ouro na bancada

LED

Limite a corrente

LED não limita a própria corrente. Use resistor em série, driver ou fonte no modo de corrente constante, exceto quando o módulo já incorporar esse controle.

Resistor esquenta

Resistor transforma energia elétrica em calor. Como regra didática, escolha potência nominal próxima do dobro da potência calculada.

+/−

Polaridade importa

LED e fonte DC têm positivo e negativo. Invertido, o LED normalmente não acende; tensão reversa acima do limite pode danificá-lo.

V/A

Meça corretamente

Tensão se mede em paralelo; corrente, em série e começando pela maior escala. Resistência se mede apenas com o circuito desligado. Confira as pontas e os bornes antes de medir.

Segurança: façam a montagem somente em baixa tensão DC, com a fonte desligada durante alterações. Usem proteção para os olhos, evitem tocar no resistor quente e nunca transportem esta experiência para a tomada de 127/220 V.

Tabela de cores do resistor

Nos resistores de quatro faixas, as duas primeiras indicam os algarismos, a terceira é o multiplicador e a quarta é a tolerância. Nos de cinco faixas há três algarismos significativos antes do multiplicador.

Cor	1ª faixa	2ª faixa	Multiplicador	Tolerância
Preto	0	0	×1	—
Marrom	1	1	×10	±1%
Vermelho	2	2	×100	±2%
Laranja	3	3	×1k	—
Amarelo	4	4	×10k	—
Verde	5	5	×100k	±0,5%
Azul	6	6	×1M	±0,25%
Violeta	7	7	×10M	±0,1%
Cinza	8	8	×100M	±0,05%
Branco	9	9	×1G	—
Dourado	—	—	×0,1	±5%
Prateado	—	—	×0,01	±10%
Sem cor	—	—	—	±20%

Preparatório ENEM

Questões comentadas no estilo ENEM para fixar tensão, corrente, resistência, potência e Lei de Ohm.

Questão 1

Em um circuito simples, um resistor de 10 Ω é ligado a uma bateria de 20 V. A corrente elétrica que passa pelo resistor é de:

Resolução: Pela Lei de Ohm, I = V / R. Então I = 20 / 10 = 2 A. Tensão de 20 V empurra corrente através de 10 Ω. Resposta correta: B.

Questão 2

Uma lâmpada funciona quando ligada a 120 V e é percorrida por uma corrente de 0,5 A. A potência dissipada pela lâmpada é de:

Resolução: Potência P = V × I. Então P = 120 × 0,5 = 60 W. Watt é unidade de potência; joule é unidade de energia. Em 1 s, essa lâmpada transforma 60 J; em 1 h, consome 0,06 kWh. Resposta correta: C.

Questão 3

Um chuveiro elétrico funciona em 220 V e dissipa 4400 W de potência. A corrente elétrica no chuveiro é de:

Resolução: De P = V × I, isolamos I = P / V. Então I = 4400 / 220 = 20 A. Por isso chuveiros precisam de fio e disjuntor adequados. Resposta correta: D.

Questão 4

Um estudante quer limitar a corrente em um LED usando um resistor. Se a tensão sobre o resistor for 3 V e a corrente desejada for 20 mA, o valor do resistor deve ser:

Resolução: R = V / I. Atenção: 20 mA = 0,02 A. Então R = 3 / 0,02 = 150 Ω. Resposta correta: A.

Questão 5

Um aquecedor de 1000 W permanece ligado durante 30 minutos. A energia consumida é:

Resolução: 1000 W = 1 kW e 30 min = 0,5 h. Portanto, E = P × Δt = 1 × 0,5 = 0,50 kWh. Resposta correta: B.

Questão 6

Dois resistores de 100 Ω são ligados em paralelo. A resistência equivalente da associação é:

Resolução: Para dois resistores iguais em paralelo, R_eq = R/2. Logo, 100/2 = 50 Ω. A equivalente em paralelo deve ser menor que o menor resistor. Resposta correta: C.

Dicas para o ENEM

Compreenda V = R × I. Isole a grandeza pedida e confira as unidades antes de substituir os valores.
Potência é P = V × I; energia consumida é E = P × Δt.
Conversão de unidades: de mA para A, divida por 1000; de kW para W, multiplique por 1000; de minutos para horas, divida por 60.
Resistores em série somam: R_eq = R₁ + R₂ + R₃.
Resistores em paralelo: 1/R_eq = 1/R₁ + 1/R₂ + 1/R₃.
Faça uma estimativa: em paralelo, R_eq é menor que o menor resistor; em série, é maior que qualquer resistor individual.