terça-feira, 16 de setembro de 2014

Uma analogia para D.D.P. - Não confunda TPM com DDP

Ao explicar o conceito de voltagem ou diferença de potencial elétrico (DDP), bem como sua relação com a corrente elétrica, o professor em geral necessita de analogias e exemplos que facilitem para os alunos a compreensão  desses conceitos. É comum, por exemplo, traçar um paralelo entre as diferenças de pressão hidrostática das colunas de líquido e a voltagem num circuito elétrico. O escoamento de líquido devido à diferença de pressão (d.d.p.) ilustra o que acontece com a corrente elétrica quando uma diferença de potencial elétrico (ou de "pressão elétrica) é aplicada aos terminais de um elemento. A analogia, apesar de bastante esclarecedora, nem sempre é fácil de ser apresentada na prática, tornando-se apenas exercício  mental ou "experiência de quadro-negro". A seguir apresentamos uma sugestão de fácil montagem para ilustrar o conceito de DDP, baseado não somente na diferença de pressão das colunas de líquido mas também na pressão do ar.


De posse de tubos de plástico de diferentes diâmetros (tubos utilizados em aquários são ideais para esta experiência), uma certa quantidade de algodão (ou lã de vidro) e um copo d'água, podemos fazer a montagem que está esquematizada na figura que ilustra este artigo.

Ao soprarmos por uma extremidade do tubo, geramos uma corrente de ar, que tem o papel análogo ao da corrente elétrica. A coluna de água que se encontra no tubo inferior se desloca caracterizando uma diferença de pressão (DDP). Observe que esse barômetro de água funciona exatamente como se fosse um voltímetro conectado às duas extremidades de um resistor. Uma certa quantidade de lã colocada no interior do tubo superior resiste à passagem do ar, fazendo o papel do resistor. O ar que sai do tubo na extremidade que se encontra imersa num recipiente com água produz bolhas. Quanto maior a quantidade de bolhas por unidade de tempo,  maior a corrente produzida. Vejamos algumas semelhanças entre esse aparato e um circuito elétrico real:

• Se não houver diferença nas alturas das colunas de líquido (que equivale ao voltímetro estar marcando DDP nula) não haverá corrente de ar, analogamente à relação entre corrente e diferença de potencial.

• Aumentando-se a diferença de pressão, aumenta-se a quantidade de bolhas (corrente de ar), de modo análogo à relação entre a d.d.p. e a corrente elétrica.

• Não há corrente fluindo através do voltímetro. De fato, um voltímetro ideal possui resistência infinita, e apenas mede a diferença de potencial (pressão) entre dois pontos do circuito.

• O ar flui da região de alta pressão para aquela de baixo pressão, analogamente à corrente elétrica que se move da região de maior para a de menor potencial.

• As bolhas surgem no recipiente quase que imediatamente após o sopro na extremidade oposta, assim como a corrente elétrica responde quase que instantaneamente à aplicação da diferença de potencial.

Pode-se explorar ainda mais essa analogia, trocando-se o tubo com a lã por outros (com diferente características) e analisar a relação entre a resistência e as características do "condutor". Indo além, pode-se também explorar as ligações em série e paralelo de resistores diferentes.

Acreditamos que esse modelo, apesar de muito simples, pode ainda ser  utilizado para explicar outras propriedades de um circuito elétrico.

Fonte: FOLHEtim - O Jornalzinho da galera da Física (MAIO/1999)

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