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?

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 ...$\text{R}_{\text{load}}$$\text{V}$

Você deve ver assim: uma resistência conectada através de dois fios com resistência a uma fonte de alimentação com tensão :$\text{R}_{\text{load}}$$\text{R}_{\text{wire}}$$\text{V}$

Agora podemos usar onde significa tensão, como corrente e como resistência.$\text{V} = \text{I}\cdot{}\text{R}$$\text{V}$$\text{I}$$\text{R}$

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 :$5\text{V}$$\text{R}_{\text{load}}$$250\Omega$$\text{R}_{\text{wire}}$$2.5\Omega$$\text{I}=\dfrac{\text{V}}{\text{R}}$$\text{I}=\dfrac{5}{250+2\cdot2.5}=\dfrac{5}{255}=0.01961\text{A}=19.61\text{mA}$

Agora, queremos saber qual a queda de tensão em um pedaço de fio usando :$\text{V}=\text{I}\cdot{}\text{R}$$\text{V}=0.01961\cdot2.5=0.049025V=49.025\text{mV}$

Também podemos calcular a tensão acima de da mesma maneira:$\text{R}_{\text{load}}$$\text{V}=0.01961\cdot250=4.9025\text{V}$

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 .$5\text{V}$$\text{R}_{\text{load}}$$\text{V}$$\text{R}_{\text{load}}$$5\text{V}$

Inicialmente, calculamos a corrente através de :$\text{R}_{\text{load}}$$\text{I}_{\text{load}} = \dfrac{\text{V}_{\text{load}}}{\text{R}_{\text{load}}} = \dfrac{5}{250} = 0.02\text{A} = 20\text{mA}$

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 :$\text{I}$$\text{I}_{\text{load}}$$\text{R} = 250 + 2\cdot2.5 = 255\Omega$$\text{V}=\text{I}\cdot{}\text{R}$$\text{V}=0.02\cdot255=5.1\text{V}$

Perda de potência

E se quisermos saber quanta energia é perdida nos fios? Basicamente, usamos , onde significa energia, para tensão e para corrente .$\text{P}=\text{V}\cdot{}\text{I}$$\text{P}$$\text{V}$$\text{I}$

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 .$5\text{V}$$250\Omega$ $\text{R}_{\text{load}}$$2.5\Omega$$0.049025\text{V}$$0.01961\text{A}$

Agora podemos calcular a perda de energia em um fio:$\text{P}_{\text{wire}} = 0.049025\cdot0.01961 = 0.00096138\text{W} = 0.96138\text{mW}$

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.$\text{R}_{\text{wire}}$

Um exemplo

Temos de um fio 20AWG. Qual será a resistência total?$500\text{m}$

$\text{R}_{\text{wire}} = 0.5\text{km} \cdot 33.31\Omega/\text{km} = 16.655\Omega$