Conversor de Tensão
Potencial Elétrico: De Milivolts a Megavolts
Domine as unidades de tensão em eletrónica, sistemas de energia e física. De milivolts a megavolts, compreenda o potencial elétrico, a distribuição de energia e o que os números significam em circuitos e na natureza.
Fundamentos da Tensão
O que é a Tensão?
A tensão é a 'pressão elétrica' que empurra a corrente através de um circuito. Pense nela como a pressão da água em canos. Tensão mais alta = impulso mais forte. Medida em volts (V). Não é o mesmo que corrente ou potência!
- 1 volt = 1 joule por coulomb (energia por carga)
- A tensão causa o fluxo de corrente (como a pressão causa o fluxo de água)
- Medida entre dois pontos (diferença de potencial)
- Tensão mais alta = mais energia por carga
Tensão vs. Corrente vs. Potência
Tensão (V) = pressão, Corrente (I) = caudal, Potência (P) = taxa de energia. P = V × I. 12V a 1A = 12W. Mesma potência, diferentes combinações de tensão/corrente são possíveis.
- Tensão = pressão elétrica (V)
- Corrente = fluxo de carga (A)
- Potência = tensão × corrente (W)
- Resistência = tensão ÷ corrente (Ω, lei de Ohm)
Tensão AC vs. DC
A tensão DC (Corrente Contínua) tem uma direção constante: pilhas (1.5V, 12V). A tensão AC (Corrente Alternada) inverte a sua direção: tomadas de parede (120V, 230V). A tensão RMS = o equivalente DC efetivo.
- DC: tensão constante (pilhas, USB, circuitos)
- AC: tensão alternada (tomadas de parede, rede)
- RMS = tensão efetiva (120V AC RMS ≈ 170V de pico)
- A maioria dos dispositivos usa DC internamente (os adaptadores AC convertem)
- Tensão = energia por carga (1 V = 1 J/C)
- Tensão mais alta = mais 'pressão elétrica'
- A tensão causa a corrente; a corrente não causa a tensão
- Potência = tensão × corrente (P = VI)
Sistemas de Unidades Explicados
Unidades SI — Volt
O volt (V) é a unidade SI para o potencial elétrico. Definido a partir do watt e do ampere: 1 V = 1 W/A. Também: 1 V = 1 J/C (energia por carga). Os prefixos de atto a giga cobrem todos os intervalos.
- 1 V = 1 W/A = 1 J/C (definições exatas)
- kV para linhas de energia (110 kV, 500 kV)
- mV, µV para sensores, sinais
- fV, aV para medições quânticas
Unidades de Definição
W/A e J/C são equivalentes ao volt por definição. Mostram relações: V = W/A (potência por corrente), V = J/C (energia por carga). Úteis para compreender a física.
- 1 V = 1 W/A (de P = VI)
- 1 V = 1 J/C (definição)
- As três são idênticas
- Perspetivas diferentes sobre a mesma quantidade
Unidades CGS Antigas
O abvolt (EMU) e o statvolt (ESU) do antigo sistema CGS. Raros no uso moderno, mas aparecem em textos de física históricos. 1 statV ≈ 300 V; 1 abV = 10 nV.
- 1 abvolt = 10⁻⁸ V (EMU)
- 1 statvolt ≈ 300 V (ESU)
- Obsoletas; o volt SI é o padrão
- Aparecem apenas em livros de texto antigos
A Física da Tensão
Lei de Ohm
Relação fundamental: V = I × R. A tensão é igual à corrente multiplicada pela resistência. Conheça quaisquer dois, calcule o terceiro. A base de toda a análise de circuitos.
- V = I × R (tensão = corrente × resistência)
- I = V / R (corrente a partir da tensão)
- R = V / I (resistência a partir das medições)
- Linear para resistores; não linear para díodos, etc.
Lei das Tensões de Kirchhoff
Em qualquer malha fechada, a soma das tensões é zero. Como andar em círculo: as mudanças de altitude somam zero. A energia é conservada. Essencial para a análise de circuitos.
- ΣV = 0 em qualquer malha
- Aumentos de tensão = quedas de tensão
- Conservação de energia nos circuitos
- Usado para resolver circuitos complexos
Campo Elétrico e Tensão
Campo elétrico E = V/d (tensão por distância). Tensão mais alta numa distância curta = campo mais forte. Relâmpago: milhões de volts ao longo de metros = campo de MV/m.
- E = V / d (campo a partir da tensão)
- Alta tensão + curta distância = campo forte
- Ruptura: o ar ioniza a ~3 MV/m
- Choques estáticos: kV ao longo de mm
Pontos de Referência de Tensão no Mundo Real
| Contexto | Tensão | Notas |
|---|---|---|
| Sinal nervoso | ~70 mV | Potencial de repouso |
| Termopar | ~50 µV/°C | Sensor de temperatura |
| Pilha AA (nova) | 1.5 V | Alcalina, diminui com o uso |
| Alimentação USB | 5 V | Padrão USB-A/B |
| Bateria de carro | 12 V | Seis células de 2V em série |
| USB-C PD | 5-20 V | Protocolo Power Delivery |
| Tomada doméstica (EUA) | 120 V AC | Tensão RMS |
| Tomada doméstica (UE) | 230 V AC | Tensão RMS |
| Cerca elétrica | ~5-10 kV | Baixa corrente, segura |
| Bobina de ignição do carro | ~20-40 kV | Cria faísca |
| Linha de transmissão | 110-765 kV | Rede de alta tensão |
| Relâmpago | ~100 MV | 100 milhões de volts |
| Raio cósmico | ~1 GV+ | Partículas de energia extrema |
Padrões de Tensão Comuns
| Dispositivo / Padrão | Tensão | Tipo | Notas |
|---|---|---|---|
| Pilha AAA/AA | 1.5 V | DC | Padrão alcalino |
| Célula de iões de lítio | 3.7 V | DC | Nominal (intervalo de 3.0-4.2V) |
| USB 2.0 / 3.0 | 5 V | DC | Alimentação USB padrão |
| Pilha de 9V | 9 V | DC | Seis células de 1.5V |
| Bateria de carro | 12 V | DC | Seis células de chumbo-ácido de 2V |
| Carregador de portátil | 19 V | DC | Tensão comum de portátil |
| PoE (Power over Ethernet) | 48 V | DC | Alimentação de dispositivos de rede |
| Casa nos EUA | 120 V | AC | 60 Hz, tensão RMS |
| Casa na UE | 230 V | AC | 50 Hz, tensão RMS |
| Veículo elétrico | 400 V | DC | Pacote de baterias típico |
Aplicações no Mundo Real
Eletrónica de Consumo
USB: 5V (USB-A), 9V, 20V (USB-C PD). Pilhas: 1.5V (AA/AAA), 3.7V (Li-ion), 12V (carro). Lógica: 3.3V, 5V. Carregadores de portáteis: tipicamente 19V.
- USB: 5V (2.5W) a 20V (100W PD)
- Bateria de telemóvel: 3.7-4.2V Li-ion
- Portátil: tipicamente 19V DC
- Níveis lógicos: 0V (baixo), 3.3V/5V (alto)
Distribuição de Energia
Casa: 120V (EUA), 230V (UE) AC. Transmissão: 110-765 kV (alta tensão = baixa perda). As subestações reduzem para a tensão de distribuição. Tensão mais baixa perto das casas por segurança.
- Transmissão: 110-765 kV (longa distância)
- Distribuição: 11-33 kV (vizinhança)
- Casa: 120V/230V AC (tomadas)
- Alta tensão = transmissão eficiente
Alta Energia e Ciência
Aceleradores de partículas: de MV a GV (LHC: 6.5 TeV). Raios-X: 50-150 kV. Microscópios eletrónicos: 100-300 kV. Relâmpago: tipicamente 100 MV. Gerador de Van de Graaff: ~1 MV.
- Relâmpago: ~100 MV (100 milhões de volts)
- Aceleradores de partículas: gama GV
- Tubos de raios-X: 50-150 kV
- Microscópios eletrónicos: 100-300 kV
Matemática de Conversão Rápida
Conversões Rápidas de Prefixos SI
Cada passo de prefixo = ×1000 ou ÷1000. kV → V: ×1000. V → mV: ×1000. mV → µV: ×1000.
- kV → V: multiplicar por 1.000
- V → mV: multiplicar por 1.000
- mV → µV: multiplicar por 1.000
- Inverso: dividir por 1.000
Potência a partir da Tensão
P = V × I (potência = tensão × corrente). 12V a 2A = 24W. 120V a 10A = 1200W.
- P = V × I (Watts = Volts × Amperes)
- 12V × 5A = 60W
- P = V² / R (se a resistência for conhecida)
- I = P / V (corrente a partir da potência)
Verificações Rápidas da Lei de Ohm
V = I × R. Conheça dois, encontre o terceiro. 12V sobre 4Ω = 3A. 5V ÷ 100mA = 50Ω.
- V = I × R (Volts = Amperes × Ohms)
- I = V / R (corrente a partir da tensão)
- R = V / I (resistência)
- Lembre-se: divida para I ou R
Como as Conversões Funcionam
- Passo 1: Converta a fonte → volts usando o fator toBase
- Passo 2: Converta volts → alvo usando o fator toBase do alvo
- Alternativa: Use um fator direto (kV → V: multiplicar por 1000)
- Verificação de bom senso: 1 kV = 1000 V, 1 mV = 0.001 V
- Lembre-se: W/A e J/C são idênticos a V
Referência de Conversão Comum
| De | Para | Multiplicar por | Exemplo |
|---|---|---|---|
| V | kV | 0.001 | 1000 V = 1 kV |
| kV | V | 1000 | 1 kV = 1000 V |
| V | mV | 1000 | 1 V = 1000 mV |
| mV | V | 0.001 | 1000 mV = 1 V |
| mV | µV | 1000 | 1 mV = 1000 µV |
| µV | mV | 0.001 | 1000 µV = 1 mV |
| kV | MV | 0.001 | 1000 kV = 1 MV |
| MV | kV | 1000 | 1 MV = 1000 kV |
| V | W/A | 1 | 5 V = 5 W/A (identidade) |
| V | J/C | 1 | 12 V = 12 J/C (identidade) |
Exemplos Rápidos
Problemas Resolvidos
Cálculo da Potência USB
O USB-C fornece 20V a 5A. Qual é a potência?
P = V × I = 20V × 5A = 100W (máximo do USB Power Delivery)
Projeto de Resistor para LED
Alimentação de 5V, um LED precisa de 2V a 20mA. Qual resistor?
Queda de tensão = 5V - 2V = 3V. R = V/I = 3V ÷ 0.02A = 150Ω. Use um resistor padrão de 150Ω ou 180Ω.
Eficiência das Linhas de Energia
Por que transmitir a 500 kV em vez de 10 kV?
Perda = I²R. Para a mesma potência P = VI, então I = P/V. 500 kV tem 50 vezes menos corrente → 2500 vezes menos perda (fator I²)!
Erros Comuns a Evitar
- **Tensão ≠ potência**: 12V × 1A = 12W, mas 12V × 10A = 120W. Mesma tensão, potência diferente!
- **Pico AC vs. RMS**: 120V AC RMS ≈ 170V de pico. Use RMS para cálculos de potência (P = V_RMS × I_RMS).
- **Tensões em série somam-se**: Duas pilhas de 1.5V em série = 3V. Em paralelo = ainda 1.5V (maior capacidade).
- **Alta tensão ≠ perigo**: Um choque estático é de 10+ kV mas é seguro (baixa corrente). É a corrente que mata, não a tensão sozinha.
- **Queda de tensão**: Fios longos têm resistência. 12V na fonte ≠ 12V na carga se o fio for muito fino.
- **Não misture AC/DC**: 12V DC ≠ 12V AC. AC requer componentes especiais. DC apenas de pilhas/USB.
Factos Fascinantes sobre a Tensão
Os Seus Nervos Funcionam com 70 mV
As células nervosas mantêm um potencial de repouso de -70 mV. O potencial de ação salta para +40 mV (uma variação de 110 mV) para transmitir sinais a ~100 m/s. O seu cérebro é um computador eletroquímico de 20W!
O Relâmpago tem 100 Milhões de Volts
Um relâmpago típico: ~100 MV sobre ~5 km = campo de 20 kV/m. Mas é a corrente (30 kA) e a duração (<1 ms) que causam os danos. Energia: ~1 GJ, poderia alimentar uma casa por um mês—se conseguíssemos capturá-la!
Enguias Elétricas: Arma Viva de 600V
A enguia elétrica pode descarregar 600V a 1A para defesa/caça. Tem mais de 6000 eletrocitos (pilhas biológicas) em série. Potência de pico: 600W. Atordoa a presa instantaneamente. O taser da natureza!
O USB-C Pode Agora Fornecer 240W
USB-C PD 3.1: até 48V × 5A = 240W. Pode carregar portáteis de jogos, monitores e até algumas ferramentas elétricas. O mesmo conector do seu telemóvel. Um cabo para os governar a todos!
Linhas de Transmissão: Quanto Mais Alto, Melhor
A perda de potência é ∝ I². Tensão mais alta = corrente mais baixa para a mesma potência. As linhas de 765 kV perdem <1% por cada 100 milhas. A 120V, perderia tudo em 1 milha! É por isso que a rede usa kV.
Pode Sobreviver a um Milhão de Volts
Os geradores de Van de Graaff atingem 1 MV mas são seguros—corrente minúscula. Choque estático: 10-30 kV. Tasers: 50 kV. É a corrente através do coração (>100 mA) que é perigosa, não a tensão. A tensão por si só não mata.
Evolução Histórica
1800
Volta inventa a bateria (pilha voltaica). A primeira fonte de tensão contínua. A unidade é mais tarde nomeada 'volt' em sua honra.
1827
Ohm descobre V = I × R. A lei de Ohm torna-se a base da teoria dos circuitos. Inicialmente rejeitada, agora é fundamental.
1831
Faraday descobre a indução eletromagnética. Mostra que a tensão pode ser induzida pela mudança de campos magnéticos. Permite a criação de geradores.
1881
O primeiro congresso elétrico internacional define o volt: FEM que produz 1 ampere através de 1 ohm.
1893
A Westinghouse ganha o contrato para a central elétrica das Cataratas do Niágara. A AC vence a 'Guerra das Correntes'. A tensão AC pode ser transformada eficientemente.
1948
A CGPM redefine o volt em termos absolutos. Baseado no watt e no ampere. A definição moderna do SI é estabelecida.
1990
Padrão de tensão de Josephson. Um efeito quântico define o volt com uma precisão de 10⁻⁹. Baseado na constante de Planck e na frequência.
2019
Redefinição do SI: o volt é agora derivado da constante de Planck fixa. Definição exata, não é necessário nenhum artefacto físico.
Dicas Profissionais
- **Rápido de kV para V**: Mova a vírgula decimal 3 lugares para a direita. 1.2 kV = 1200 V.
- **A tensão AC é RMS**: 120V AC significa 120V RMS ≈ 170V de pico. Use RMS para cálculos de potência.
- **Tensões em série somam-se**: 4 pilhas AA de 1.5V = 6V (em série). Em paralelo = 1.5V (mais capacidade).
- **A tensão causa a corrente**: Pense na tensão como pressão, na corrente como fluxo. Sem pressão, sem fluxo.
- **Verifique as classificações de tensão**: Exceder a tensão nominal destrói componentes. Verifique sempre a folha de dados.
- **Meça a tensão em paralelo**: O voltímetro é colocado em paralelo com o componente. O amperímetro é colocado em série.
- **Notação científica automática**: Valores < 1 µV ou > 1 GV são exibidos como notação científica para legibilidade.
Referência Completa de Unidades
Unidades SI
| Nome da Unidade | Símbolo | Equivalente em Volts | Notas de Utilização |
|---|---|---|---|
| volt | V | 1 V (base) | Unidade base SI; 1 V = 1 W/A = 1 J/C (exato). |
| gigavolt | GV | 1.0 GV | Física de altas energias; raios cósmicos, aceleradores de partículas. |
| megavolt | MV | 1.0 MV | Relâmpagos (~100 MV), aceleradores de partículas, máquinas de raios-X. |
| kilovolt | kV | 1.0 kV | Transmissão de energia (110-765 kV), distribuição, sistemas de alta tensão. |
| milivolt | mV | 1.0000 mV | Sinais de sensores, termopares, bioeletricidade (sinais nervosos ~70 mV). |
| microvolt | µV | 1.0000 µV | Medições de precisão, sinais de EEG/ECG, amplificadores de baixo ruído. |
| nanovolt | nV | 1.000e-9 V | Medições ultrassensíveis, dispositivos quânticos, limites de ruído. |
| picovolt | pV | 1.000e-12 V | Eletrónica quântica, circuitos supercondutores, precisão extrema. |
| femtovolt | fV | 1.000e-15 V | Sistemas quânticos de poucos eletrões, medições de limites teóricos. |
| attovolt | aV | 1.000e-18 V | Piso de ruído quântico, dispositivos de um único eletrão, apenas investigação. |
Unidades Comuns
| Nome da Unidade | Símbolo | Equivalente em Volts | Notas de Utilização |
|---|---|---|---|
| watt por ampere | W/A | 1 V (base) | Equivalente ao volt: 1 V = 1 W/A de P = VI. Mostra a relação de potência. |
| joule por coulomb | J/C | 1 V (base) | Definição de volt: 1 V = 1 J/C (energia por carga). Fundamental. |
Legado e Científico
| Nome da Unidade | Símbolo | Equivalente em Volts | Notas de Utilização |
|---|---|---|---|
| abvolt (EMU) | abV | 1.000e-8 V | Unidade CGS-EMU = 10⁻⁸ V = 10 nV. Unidade eletromagnética obsoleta. |
| statvolt (ESU) | statV | 299.7925 V | Unidade CGS-ESU ≈ 300 V (c/1e6 × 1e-2). Unidade eletrostática obsoleta. |
Perguntas Frequentes
Qual é a diferença entre tensão e corrente?
A tensão é a pressão elétrica (como a pressão da água). A corrente é o caudal (como o fluxo de água). Alta tensão não significa alta corrente. Pode ter alta tensão com corrente zero (circuito aberto) ou alta corrente com baixa tensão (curto-circuito através de um fio).
Por que é que se usa alta tensão para a transmissão de energia?
A perda de potência nos fios é ∝ I² (corrente ao quadrado). Para a mesma potência P = VI, uma tensão mais alta significa uma corrente mais baixa. 765 kV tem 6.375 vezes menos corrente do que 120V para a mesma potência → ~40 milhões de vezes menos perda! É por isso que as linhas de energia usam kV.
A alta tensão pode matar, mesmo com baixa corrente?
Não, é a corrente que atravessa o seu corpo que mata, não a tensão. Os choques estáticos são de 10-30 kV, mas são seguros (<1 mA). Os tasers: 50 kV, mas são seguros. No entanto, a alta tensão pode forçar a corrente através de uma resistência (V = IR), por isso, alta tensão muitas vezes significa alta corrente. É a corrente >50 mA através do coração que é letal.
Qual é a diferença entre a tensão AC e DC?
A tensão DC (Corrente Contínua) tem uma direção constante: pilhas, USB, painéis solares. A tensão AC (Corrente Alternada) inverte a sua direção: tomadas de parede (50/60 Hz). A tensão RMS (120V, 230V) é o equivalente DC efetivo. A maioria dos dispositivos usa DC internamente (os adaptadores AC convertem).
Por que é que os países usam tensões diferentes (120V vs. 230V)?
Por razões históricas. Os EUA escolheram 110V na década de 1880 (mais seguro, precisava de menos isolamento). A Europa mais tarde padronizou para 220-240V (mais eficiente, menos cobre). Ambos funcionam bem. Tensão mais alta = corrente mais baixa para a mesma potência = fios mais finos. Um compromisso entre segurança e eficiência.
É possível somar tensões?
Sim, em série: as pilhas em série somam as suas tensões (1.5V + 1.5V = 3V). Em paralelo: a tensão permanece a mesma (1.5V + 1.5V = 1.5V, mas com o dobro da capacidade). Lei das Tensões de Kirchhoff: as tensões em qualquer malha somam zero (os aumentos são iguais às quedas).
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