Resistências

• Quem o descobriu?
• O que é uma resistência?
• Comportamento de ruído das resistências
• Capacidade de carga e perda de potência das resistências
• Comportamento de envelhecimento e estabilidade

Mesmo os primeiros experimentadores dos "tempos primordiais" da engenharia eléctrica sabiam que nas suas experiências estava sempre envolvido um certo "fator" que limitava o "efeito da corrente eléctrica". No entanto, não era possível medir com exatidão nenhuma das grandezas eléctricas importantes (hoje designadas por "corrente eléctrica", "tensão eléctrica") e compreender esta relação de forma conclusiva. Foi Georg Simon Ohm (1789-1854) que desenvolveu uma teoria fundamental a partir da sua investigação sobre a eletricidade, cujas fórmulas ainda hoje são amplamente utilizadas. Estava assim lançada a base para a compreensão das relações entre estas grandezas: A resistência é simplesmente a relação entre a tensão e a corrente. Finalmente, os valores de resistência podiam ser calculados e a produção de componentes com valores de resistência definidos tornou-se possível. Isto levou a um número inacreditavelmente grande de designs de resistências baseados em várias tecnologias de resistências.

Num sentido fundamental, a resistência eléctrica é uma grandeza que descreve a corrente que um material condutor de corrente permite a uma determinada tensão. A razão física para este efeito pode ser explicada da seguinte forma: Os portadores de carga livre (electrões) são impedidos por impactos nos átomos de serem livremente acelerados no condutor. A palavra resistência deriva do latim "resistere" para resistir, o que descreve muito bem o efeito físico.
O valor da resistência é dado em Ohm (Ω), o símbolo do circuito é um "retângulo vazio", de acordo com a norma EN60617, ou tem a forma de um ziguezague, de acordo com a norma ANSI.

Uma resistência eléctrica, no sentido de um componente eletrónico, é utilizada para limitar, medir, dividir correntes eléctricas e muito mais. Em princípio, o material utilizado, bem como a espessura e o comprimento do elemento de resistência determinam o fluxo de corrente para todas as resistências. A resistência eléctrica mais simples pode, portanto, ser um pedaço de fio, embora o seu valor de resistência seja insignificante e possa normalmente ser negligenciado ao calcular um circuito.
Em termos simples, o valor da resistência de um condutor elétrico é determinado dividindo a tensão eléctrica pela corrente:

R = U / I (R... resistência; U... tensão; I... corrente)

Idealmente, o valor da resistência é constante. Portanto, não altera o seu valor consoante a corrente ou a tensão aplicada:

R = U / I = constante.

Nesse caso, é também chamada resistência "óhmica" e a relação é conhecida como lei de Ohm. Na prática, isto é normalmente considerado como um dado adquirido quando se calculam circuitos.

Existem basicamente dois tipos de fontes de ruído no funcionamento das resistências:

• ruído térmico e
• ruído de corrente

Ao contrário do ruído branco, o ruído de corrente só ocorre quando uma tensão é efetivamente aplicada a uma resistência. A corrente que flui no elemento (a corrente desejada) é sobreposta pelo ruído de corrente. A causa do efeito, no entanto, reside precisamente na corrente desejada, pelo que existe uma dependência do valor da própria corrente desejada. Aqui o comportamento do elemento depende muito do material da resistência utilizada. A unidade para o ruído de corrente é normalmente especificada em µV/V (tipicamente como valor máximo). Isto significa que este valor pode ser simplesmente multiplicado pela tensão, resultando no nível de ruído (máximo) que pode ser esperado. Os valores dependem do próprio valor da resistência e, normalmente, aumentam com valores de resistência mais elevados.

As resistências geram perdas de potência através da conversão de energia eléctrica em energia térmica. Este calor deve ser dissipado para que o componente não sobreaqueça. As temperaturas máximas são especificadas nas folhas de dados. Para modelos mais sofisticados, é possível encontrar gráficos que mostram a dependência da potência máxima com a temperatura, a curva de redução de potência. Se a temperatura máxima permitida for excedida, o componente sofrerá danos e poderá falhar completamente ou as suas propriedades poderão deteriorar-se ou alterar-se. Para resistências que podem absorver uma quantidade particularmente grande de potência, a folha de dados contém informações sobre como a dissipação de calor deve ser efectuada. Em alguns casos, existem dissipadores de calor que requerem não só convecção e radiação, mas também a dissipação de calor através do contacto com um dissipador de calor maior. Dependendo da situação de instalação, as especificações podem ser diferentes ou as recomendações de instalação podem ser mencionadas para as diferentes situações. A perda de potência das resistências, ou seja, a potência que é convertida em calor, é calculada para corrente contínua com

P (potência) = U (tensão) *I (corrente).

Para a corrente alternada, são utilizados os valores RMS da corrente e da tensão. Recomenda-se expressamente que não se aproxime demasiado dos limites de desempenho especificados ao selecionar o componente. Uma resistência operada no limite aquecerá e aquecerá também o ambiente, o que pode ter efeitos secundários noutros componentes. Estes efeitos secundários podem levar a que um circuito concebido com precisão e com componentes de alta qualidade possa perder toda a vantagem da precisão devido a estes efeitos térmicos, o que conduz o projeto ad absurdum. Além disso, quase não há reservas para o caso de algo correr "mal" e a carga se tornar mais elevada do que o inicialmente calculado. Por vezes, pode ser útil ligar duas resistências de potência em paralelo para evitar a utilização de uma única resistência mais potente e, normalmente, mais cara. Se nas folhas de dados a temperatura estiver relacionada com o ar ambiente, então deve ser utilizada como referência a temperatura que flui efetivamente à volta do componente (idealmente ar de refrigeração) em vez da temperatura ambiente à volta do dispositivo. Neste caso, o valor pode ser muito mais elevado. Se, no entanto, for necessário satisfazer a necessidade de um desempenho superior, existem modelos que podem ajudar: Alguns modelos de resistências permitem o funcionamento por impulsos a uma carga muito mais elevada durante um curto período de tempo. Veja o guia para resistências de potência.

Basicamente, as resistências eléctricas alteram o seu valor de resistência ao longo da sua vida útil sem influências externas. Aqui, especialmente no início da vida útil, pode haver mudanças mais fortes do que mais tarde na operação. Por isso, é óbvio envelhecer artificialmente a resistência num processo acelerado no caso de requisitos especiais de estabilidade. O termo "estabilidade" é geralmente usado neste contexto. No caso de resistências de precisão, as folhas de dados contêm normalmente gráficos que mostram a alteração da resistência a uma potência constante (especificada) em função do valor da resistência e do tempo de funcionamento.

As resistências alteram os seus valores quando a temperatura muda. Esta dependência do valor total em relação à temperatura depende fortemente da conceção e do material utilizado. Além disso, o funcionamento da própria resistência gera calor. Para minimizar este efeito, deve ser assegurada uma ventilação suficiente. Para além disso, recomenda-se não operar os componentes perto da dissipação de potência máxima permitida, porque, especialmente neste caso, é de esperar uma grande produção de calor pelo próprio componente.