Como calcular queda de tensão e perda de energia nos fios

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Como calculo a queda de tensão nos fios, dada uma tensão de alimentação e uma corrente? Como antecipar a queda de tensão para que a carga final tenha a tensão de alimentação correta?

Qual será a perda de energia?

E se eu não souber a resistência do fio, exceto o AWG ( American Wire Gauge ) e o comprimento?


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Respostas:

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Queda de voltagem

Você tem que ver um fio como outro resistor colocado em série. Em vez disso, uma resistência conectada a uma fonte de alimentação com tensão ...RloadV

insira a descrição da imagem aqui

Você deve ver assim: uma resistência conectada através de dois fios com resistência a uma fonte de alimentação com tensão :RloadRwireV

insira a descrição da imagem aqui

Agora podemos usar onde significa tensão, como corrente e como resistência.V=IRVIR

Um exemplo

Vamos supor que a voltagem aplicada ao circuito seja . é igual a e a resistência é (se você não conhece a resistência do fio, veja abaixo em "Calculando a resistência de um fio"). Primeiramente, calculamos a corrente no circuito usando :5VRload250ΩRwire2.5ΩI=VRI=5250+22.5=5255=0.01961A=19.61mA

Agora, queremos saber qual a queda de tensão em um pedaço de fio usando :V=IRV=0.019612.5=0.049025V=49.025mV

Também podemos calcular a tensão acima de da mesma maneira:RloadV=0.01961250=4.9025V

Antecipando a perda de tensão

E se realmente precisarmos de uma tensão de acima de ? Teremos que alterar a voltagem da fonte de alimentação para que a voltagem acima de se torne .5VRloadVRload5V

Inicialmente, calculamos a corrente através de :RloadIload=VloadRload=5250=0.02A=20mA

Como estamos falando de resistências em série, a corrente é a mesma em todo o circuito. Portanto, a corrente que a fonte de energia precisa fornecer, , é igual a . Já sabemos a resistência total do circuito: . Agora podemos calcular a tensão necessária usando :IIloadR=250+22.5=255ΩV=IRV=0.02255=5.1V


Perda de potência

E se quisermos saber quanta energia é perdida nos fios? Basicamente, usamos , onde significa energia, para tensão e para corrente .P=VIPVI

Portanto, a única coisa que precisamos fazer é preencher os valores corretos na fórmula.

Um exemplo

Novamente usamos a fonte de alimentação com e dois fios de cada. A queda de tensão em um pedaço de fio é, como calculado acima, . A corrente através do circuito era .5V250Ω Rload2.5Ω0.049025V0.01961A

Agora podemos calcular a perda de energia em um fio:Pwire=0.0490250.01961=0.00096138W=0.96138mW


Cálculo da resistência de um fio

Em muitos casos, saberemos o comprimento de um fio e o AWG ( American Wire Gauge ) do fio, mas não a resistência. É fácil calcular a resistência.l

A Wikipedia tem uma lista de especificações AWG disponíveis aqui , que inclui a resistência por metro em Ohms por quilômetro ou miliOhms por metro. Eles também têm por kilofeet ou pés.

Podemos calcular a resistência do fio multiplicando o comprimento do fio pela resistência por metro.Rwire

Um exemplo

Temos de um fio 20AWG. Qual será a resistência total?500m

Rwire=0.5km33.31Ω/km=16.655Ω

Ricardo
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Observe que isso depende do material usado para fazer os fios. O cobre é o mais comum, portanto é provavelmente o mais fácil de encontrar informações. O alumínio também é usado para distribuir energia. O nicromo é frequentemente usado se você deseja transformar a energia em calor suficiente para produzir uma temperatura alta.
User6030 27/05
A mesma abordagem pode ser usada para corrente alternada. No entanto, com CA, impedâncias complexas e cálculos de fasores devem ser usados. A impedância equivalente da carga deve ser calculada a partir do fator de potência.
Charles Cowie