Os circuitos eletrônicos são parte integrante de quase todos os avanços tecnológicos que estão sendo feitos em nossas vidas hoje. Televisão, rádio, telefones e computadores vêm imediatamente à mente, mas a eletrônica também é usada em automóveis, utensílios de cozinha, equipamentos médicos e controles industriais. No coração desses dispositivos estão os componentes ativos, ou componentes do circuito que controlam eletronicamente o fluxo de elétrons, como os semicondutores. No entanto, esses dispositivos não poderiam funcionar sem componentes passivos muito mais simples que antecedem os semicondutores por muitas décadas. Ao contrário dos componentes ativos, os componentes passivos, como resistores, capacitores e indutores, não podem controlar o fluxo de elétrons com sinais eletrônicos.
Resistência
Como o próprio nome indica, um resistor é um componente eletrônico que resiste ao fluxo de corrente elétrica em um circuito.
Em metais como prata ou cobre, que possuem alta condutividade elétrica e, portanto, baixa resistividade, os elétrons são capazes de pular livremente de um átomo para o outro, com pouca resistência.
A resistência elétrica de um componente do circuito é definida como a proporção da tensão aplicada à corrente elétrica que flui através dele, de acordo com o HyperPhysics, um site de recursos físicos hospedado pelo departamento de física e astronomia da Georgia State University. A unidade padrão de resistência é o ohm, que recebeu o nome do físico alemão Georg Simon Ohm. É definida como a resistência em um circuito com uma corrente de 1 ampere a 1 volt. A resistência pode ser calculada usando a lei de Ohm, que afirma que a resistência é igual a tensão dividida pela corrente, ou R = V / I (mais comumente escrito como V = IR), onde R é resistência, V é tensão e I é corrente.
Os resistores são geralmente classificados como fixos ou variáveis. Resistores de valor fixo são componentes passivos simples que sempre têm a mesma resistência dentro dos limites de corrente e tensão prescritos. Eles estão disponíveis em uma ampla faixa de valores de resistência, de menos de 1 ohm a vários milhões de ohms.
Resistores variáveis são dispositivos eletromecânicos simples, como controles de volume e interruptores dimmer, que alteram o comprimento efetivo ou a temperatura efetiva de um resistor quando você gira um botão ou move um controle deslizante.
Indutância
Um indutor é um componente eletrônico que consiste em uma bobina de fio com uma corrente elétrica passando por ele, criando um campo magnético. A unidade de indutância é o Henry (H), nomeado em homenagem a Joseph Henry, um físico americano que descobriu a indutância de forma independente na mesma época do físico inglês Michael Faraday. Um henry é a quantidade de indutância necessária para induzir 1 volt de força eletromotriz (a pressão elétrica de uma fonte de energia) quando a corrente está mudando a 1 ampere por segundo.
Uma aplicação importante dos indutores nos circuitos ativos é que eles tendem a bloquear os sinais de alta frequência, deixando passar as oscilações de baixa frequência. Observe que esta é a função oposta dos capacitores. A combinação dos dois componentes em um circuito pode filtrar seletivamente ou gerar oscilações de quase qualquer frequência desejada.
Com o advento de circuitos integrados, como microchips, os indutores estão se tornando menos comuns, porque as bobinas 3D são extremamente difíceis de fabricar em circuitos impressos em 2D. Por esse motivo, os microcircuitos são projetados sem indutores e usam capacitores para obter essencialmente os mesmos resultados, de acordo com Michael Dubson, professor de física da Universidade do Colorado Boulder.
Capacitância
Capacitância é a capacidade de um dispositivo para armazenar carga elétrica e, como tal, o componente eletrônico que armazena carga elétrica é chamado de capacitor. O exemplo mais antigo de um capacitor é o frasco de Leyden. Este dispositivo foi inventado para armazenar uma carga elétrica estática na folha condutora que revestia o interior e o exterior de uma jarra de vidro.
O capacitor mais simples consiste em duas placas condutoras planas separadas por um pequeno espaço. A diferença de potencial, ou tensão, entre as placas é proporcional à diferença na quantidade de carga nas placas. Isso é expresso como Q = CV, onde Q é carga, V é tensão e C é capacitância.
A capacitância de um capacitor é a quantidade de carga que ele pode armazenar por unidade de tensão. A unidade para medir a capacitância é o farad (F), denominado Faraday, e é definida como a capacidade de armazenar 1 coulomb de carga com um potencial aplicado de 1 volt. Um coulomb (C) é a quantidade de carga transferida por uma corrente de 1 ampere em 1 segundo.
Para maximizar a eficiência, as placas do capacitor são empilhadas em camadas ou enroladas em bobinas com um espaço de ar muito pequeno entre elas. Materiais dielétricos - materiais isolantes que bloqueiam parcialmente o campo elétrico entre as placas - são frequentemente usados no espaço de ar. Isso permite que as placas armazenem mais carga sem arcos e curtos-circuitos.
Os capacitores são freqüentemente encontrados em circuitos eletrônicos ativos que usam sinais elétricos oscilantes, como os de rádios e equipamentos de áudio. Eles podem carregar e descarregar quase instantaneamente, o que lhes permite ser usados para produzir ou filtrar certas frequências em circuitos. Um sinal oscilante pode carregar uma placa do capacitor enquanto a outra placa descarrega e, quando a corrente é revertida, carrega a outra placa enquanto a primeira placa é descarregada.
Em geral, frequências mais altas podem passar pelo capacitor, enquanto frequências mais baixas são bloqueadas. O tamanho do capacitor determina a frequência de corte para a qual os sinais são bloqueados ou autorizados a passar. Capacitores em combinação podem ser usados para filtrar frequências selecionadas dentro de um intervalo especificado.
Os supercapacitores são fabricados usando nanotecnologia para criar camadas super finas de materiais, como o grafeno, para atingir capacidades 10 a 100 vezes superiores às dos capacitores convencionais do mesmo tamanho; mas eles têm tempos de resposta muito mais lentos que os capacitores dielétricos convencionais, portanto não podem ser usados em circuitos ativos. Por outro lado, às vezes eles podem ser usados como fonte de energia em certas aplicações, como em chips de memória de computador, para evitar a perda de dados quando a energia principal é cortada.
Capacitores também são componentes críticos de dispositivos de temporização, como os desenvolvidos pela SiTime, uma empresa sediada na Califórnia. Esses dispositivos são usados em uma ampla variedade de aplicações, de telefones celulares a trens de alta velocidade e negociação na bolsa de valores. Conhecido como MEMS (sistemas microeletromecânicos), o pequeno dispositivo de temporização depende de capacitores para funcionar corretamente. "Se o ressonador não tiver o capacitor e a capacidade de carga corretos, o circuito de temporização não será inicializado de maneira confiável e, em alguns casos, ele irá parar de oscilar completamente", disse Piyush Sevalia, vice-presidente executivo de marketing da SiTime.
Este artigo foi atualizado em 16 de janeiro de 2019 pela colaboradora da Live Science Rachel Ross.
