Componentes eletrônicos e unidades de medida, conceitos básicos

Introdução

Toda a modernidade que nos rodeia com relação à computação e suas vantagens para o mundo moderno se tornou possível a partir da evolução da eletrônica. O desenvolvimento de componentes que fazem com que a corrente elétrica gere diversos efeitos e a partir do agrupamento de vários deles um fluxo de elétrons possa realizar uma quantidade enorme de eventos desde cálculos complexos a imagens e sons.

Pode até parecer estranho para um leigo, mas tudo começa na movimentação de partículas subatômicas chamadas elétrons. Numa analogia simples, o elétron está para a elétrica, eletrônica e computação assim o a farinha está para o padeiro. O inicio de tudo.

O elétron

O elétron é uma partícula, ela fica em órbita do núcleo dos átomos. Todo átomo possui elétrons em sua órbita, na sua última camada. Em seu núcleo os átomos possuem prótons e nêutrons fortemente unidos, no entanto nos átomos de alguns materiais os elétrons que estão em orbita nas últimas camadas não são tão firmemente presos a esta órbita, podendo facilmente se desprender e se unir a outro átomo, como é o caso dos metais, estes são conhecidos por materiais condutores elétricos.

Os elétrons possuem carga negativa enquanto os prótons possuem carga positiva, os nêutrons não possuem carga (na verdade possuem mais é ínfima, convenciona-se que seja nula). Quando a quantidade de elétrons e prótons num átomo é igual, este átomo se torna neutro, ou seja, eletricamente equilibrado, isso ocorre com átomos de materiais como madeira, borracha e outros isolantes, a quantidade de elétrons e prótons de seus átomos é igual e estes elétrons estão de forma firme em órbita do núcleo do átomo, não de desprendendo e se unindo a outro átomo. Num corpo condutor, os elétrons ficam num movimento desordenado, um átomo perde um elétron e em seguida ganha um elétron de outro átomo sem ordem alguma. Mas quando isso é ordenado de forma que os elétrons tenham um único caminho a percorrer e de forma ordenada isso é denominado corrente elétrica. Para que exista uma corrente elétrica é preciso um desequilíbrio entre dois pontos, ou seja, em um ponto existam átomos com excesso de elétrons (carga negativa) e em outro ponto átomos com falta de elétrons (carga positiva), isso fará com que os átomos com carga positiva atraiam os elétrons dos que possuem carga negativa, tentando um equilíbrio.

No entanto se o equilíbrio não for alcançado o processo continuará indefinidamente enquanto existirem as condições apropriadas. A esse efeito é dado o nome de diferença de potencial ou ddp, a unidade de medida utilizada para calcular a ddp é o Volt, que mede a tensão entre dois pontos com potencial elétrico diferente.

Volt

Como já mencionado, o Volt mede a diferença de potencial entre dois pontos, a ddp é o que força os elétrons a se movimentar em uma única direção continuamente do ponto negativo (com excesso de elétrons) ao positivo (com falta de elétrons).

Aqui é um ponto onde existe uma grande confusão. Volt mede a força com que os elétrons pressionam uns aos outros visando estabilizar o número deles entre os pontos. Vamos usar uma analogia:

Suponha uma caixa d’água com 1000 litros de água dentro. Ela está a 1 metro do chão. A água não sai da caixa porque ela não tem nenhum furo, mas existe uma força puxando a caixa e a água dentro para o chão a gravidade. Se você faz um furo no fundo da caixa, automaticamente a água começa a sair com certa força até atingir o chão, depois de certo tempo a água acaba e finaliza o processo.
Agora se a caixa d’água estivesse a 100 metros de altura e o mesmo processo fosse feito, a água teria muito mais força na queda visto a altura maior.
Neste exemplo podemos comparar com a eletricidade, a altura em que a caixa esta do chão é a diferença de potencial, quando mais alta a caixa maior a pressão da água para cair, quanto maior a diferença de potencial mais força os elétrons exercem para passar de uma átomo a outro. A água seriam os elétrons e sua quantidade em movimento a vazão (o que se constitui corrente elétrica) é medida em Ampéres. A velocidade com que a água cai ou na comparação com que os elétrons se movimentam é medido em Watts.

Estas 3 unidades de medida são essenciais para o desenvolvimento e compreensão de todo o funcionamento de equipamentos elétricos, eletrônicos e computacionais.

Ampere

O Ampere como mencionado anteriormente mede a quantidade de elétrons que se movimentam formando a corrente, ou seja, esta unidade não esta ligada ao Volt, são unidades diferentes, uma não existe sem a outra, mas usam medidas de forma diferente. Por exemplo, uma bateria automotiva possui em média 60A (A é o símbolo na SI para Ampere) e 12volts de tensão. E quando você gira a chave do carro ela consegue acionar o motor de arranque do carro e fazer o motor com suas bielas e pistões girar por alguns segundos, no entanto se você pegar uma fonte de computador e tentar o mesmo ela queimará ou desligará instantaneamente. Por que, se ambas possuem saídas com 12volts? Por conta da corrente, enquanto uma possui 60A para 12volts a outra terá por volta de 25A. Uma corrente menor com a mesma tensão significa menor força de trabalho.

A fórmula que mede isso é dada pela expressão:

I = V/R

Ou seja, a corrente é a tensão dividida pela resistência.
Uma relação interessante a respeito disso é que estas grandezas são proporcionais, ou seja, para se gerar trabalho ou você aumenta a tensão e necessita de menos corrente ou você aumenta a corrente e necessita de tensão menor. Para isso pode se utilizar o exemplo do chuveiro elétrico novamente, no Brasil a maior parte desses aparelhos trabalha em 220v porque dessa forma é preciso menos corrente e o uso de fios mais finos, caso fossem utilizados 110v seria necessários fios com o dobro da bitola.

Por exemplo, um aparelho que trabalhe em 220 v e tenha 5000 w de potência seria realizada a operação para calcular a corrente necessária:
 

5000 = 220.I I=5000/220 I= 22,7A

Agora em 110 v

5000=110.I I=5000/110 I=45,4A

Watt

O Watt é a unidade que mede a potência tanto elétrica como térmica. Está sempre relacionado a tempo, ou seja, a quantidade de potência utilizada por hora. O Watt é o produto do Volt (ddp) pelo Ampere(corrente), ou seja:

P=V.I (convenciona-se que corrente nas fórmulas matemáticas seja representada por I e potencia por P)

Exemplo:

Uma fonte de alimentação que na saída de 12 volts forneça 15A, a cálculo é o seguinte:

P= 12.15 P= 180

Na saída de 12 volts ela terá 180 w de potência.

Para termos mais potência, ou seja, força de trabalho é necessário ou maior corrente ou maior tensão.

Exemplo:

Podemos ter um chuveiro com 5000 w, que funcione com 110 v e corrente de 45,4A ou um chuveiro com a mesma potência, mas funcionando com 220 v e corrente de apenas 22,7A, ou seja, para manter a mesma força de trabalho com a mesma tensão se aumenta a corrente e com a mesma corrente se aumenta a tensão.

Hertz

Hertz é a unidade de medida da freqüência com que as ondas eletromagnéticas oscilam, essa medida é a representação de ciclos por segundo.

O principio é simples, toda onda executa um movimento que é chamado pulso, que consiste no movimento que ela inicia e após um período termina e inicia novamente, o tempo que cada inicio e término deste processo demora a ser executado é o ciclo, a quantidade de vezes uma onda realiza isso num segundo é a referida freqüência de onda medida em hertz ou ciclos por segundo. Suponha que uma onda qualquer tivesse um ciclo que demorasse 1 segundo para ser completado, teria uma freqüência de 1Hz, 2 vezes em um segundo ele fosse completado, 2 Hz de freqüência e assim por diante. As ondas podem possuir diversos formatos ou “forma de onda”, dentre eles podemos destacar as ondas senoidais (utilizadas na transmissão de rádio) e as quadradas utilizadas nos circuitos digitais. Com este conceito em mente podemos imaginar a dimensão da freqüência de um processador, por exemplo, um processador de 1GHz é sincronizado por uma onda quadrada que executa 1 bilhão de ciclos por segundo. Seu roteador WI-FI transmite uma onda senoidal na freqüência de 2,4GHz, ou seja, 2,4 bilhões de ciclos por segundo, a mesma utilizada pelo seu microondas só mudando a potência.

Com esses conceitos básicos já é possível compreender alguns dos diversos componentes e suas aplicações na eletrônica e computação.