Aulas de Física        Sistema Didático
                                                                                                                                                            

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Eletrodinâmica - Corrente Elétrica


Í  N  D  I  C  E
   01 - Corrente Elétrica
  
02 - Energia e Potência Elétrica
   03 - Resistores Elétricos: 1ª lei de Ohm
   04 - Lei de Joule e 2ª lei de Ohm
   05 - Associação de Resistores
   06 - Associação Mista de Resistores
   07 - Circuitos Elétricos: Resistores
   08 - Medidores Elétricos
   09 - Ponte de Wheatstone
   10 - Circuitos Elétricos: Medidores

Í  N  D  I  C  E
   11 - Geradores Elétricos
   
12 - Associação de Geradores Elétricos
   13 - Receptores Elétricos
   14 - Curvas Características: G-R
   15 - Circuito: Gerador-Receptor-Resistor
   16 - Leis de Kirchhoff
   17 - Capacitores Elétricos
   18 - Associação de Capacitores
   19 - Associação Mista de Capacitores
   20 - Capacitores: Carga e Descarga






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  Corrente Elétrica                                                  

Pare para pensar: qual a diferença no movimento das águas de um lago e de um rio? No lago há movimento?

  • Quando olhamos para um lago como “um todo” (macroscopicamente), notamos que o mesmo consiste num sistema em equilíbrio, porém, se olharmos mais detalhadamente a sua superfície, iremos observar que existe um movimento desordenado de suas águas.

Se fizermos um barquinho de papel e colocarmos o mesmo na superfície de um lago, iremos observar que ele irá se deslocar para um lado, depois para o outro, ... e passado um certo tempo, notaremos que o barquinho praticamente não terá saído do lugar.

  • Quando olhamos para um rio, notamos que o mesmo consiste num sistema em desequilíbrio, ou seja, o movimento das águas é ordenado no sentido da correnteza do mesmo.

Passando agora para um condutor elétrico, podemos fazer a mesma analogia com os lagos e rios.

Se pudéssemos observar microscopicamente um pedaço de fio de cobre, por exemplo, veríamos que no seu interior haveria um movimento desordenado de seus elétrons livres, ou seja, observaríamos que os eletros se movimentariam aleatoriamente para todos os lados.

Como visto em Equilíbrio Eletrostático da Eletrostática, apesar de haver um movimento interno aleatório, o condutor estaria em equilíbrio eletrostático, pois, não haveria um sentido preferencial para o movimento dos elétrons livres, como mostra a figura a seguir.


Porém, se aplicarmos a este mesmo pedaço de fio de cobre uma diferença de potencial (ddp), verificaríamos que haveria um deslocamento ordenado de seus elétrons livres indo do polo negativo para o positivo.

Esse deslocamento ordenado dos elétrons é denominado Intensidade de Corrente Elétrica ( i ).


A princípio, o movimento ordenado dos elétrons seguiria uma trajetória retilínea, porém, devido aos choques constantes com os átomos do condutor, sua trajetória de deslocamento é modificada constantemente.

Em função da ddp aplicada ao condutor, os elétrons ficam submetidos a uma aceleração constante que deveria aumentar sua velocidade de deslocamento, porém, os constantes choques entre os elétrons e os átomos acabam impedindo o aumento contínuo de sua velocidade.

As constantes colisões sofridas pelos elétrons produzem um deslocamento com uma velocidade média constante muito pequena, a qual é conhecida como Velocidade de Deriva ou Velocidade de Arraste.

Nota: no início dos estudos sobre eletricidade, acreditava-se que, nos condutores metálicos, eram as cargas positivas que se deslocavam, porém, mais tarde foi observado que na realidade eram as cargas negativas (elétrons).

Lembrando que em Física uma das coisas mais importantes para se descrever um fenômeno físico é a definição de um “Referencial”, historicamente manteve-se o sentido da corrente elétrica como sendo contrário ao movimento real dos elétrons, o qual é denominado de sentido convencional.

Em relação a ddp aplicada no condutor, vamos detalhar um pouco mais sobre o fenômeno físico utilizando como exemplo uma bateria de carro, que na verdade é um gerador de energia elétrica, conforme mostra a figura a seguir.

   

Na bateria:

  • O pino vermelho é o polo positivo
  • O pino preto é o polo negativo

Ao ligarmos, juntamente com uma lâmpada, um fio condutor entre os dois pinos, em função da diferença de potencial (ddp) entre os dois polos, os elétrons se movimentam do polo negativo para o positivo.

Portanto, o sentido convencional da corrente elétrica vai do polo positivo para o negativo, estando de acordo com o sentido do campo elétrico (dentro do condutor), produzido entre os dois polos que no esquema acima estão sendo representados por duas cargas elétricas puntiformes.

Em Fundamentos da Eletrostática, foi visto que, em módulo, a carga elétrica do próton é igual à do elétron, a qual foi definida como carga elementar, cujo valor aceito até o momento é:

e = 1,602x10-19 C


Foi visto ainda que a Quantidade de Carga Elétrica (Q) é sempre um múltiplo da carga elementar, que pode ser representada pela expressão:

Q = n.e

Onde n representa um número inteiro positivo.

Definindo a intensidade média de corrente elétrica como sendo a medida da razão entre a quantidade de carga elétrica que passa pela secção transversal do condutor em um determinado intervalo de tempo:


Onde, no SI, as unidades são definidas por:

  i = intensidade de corrente elétrica [ A = C/s ]  (ampère) *

            ΔQ = variação da carga elétrica [ C ]

Δt = intervalo de tempo [ s ]

* (André M. Ampère, 1775 – 1836)

Obs.:  é usual trabalhar com alguns submúltiplos da unidade ampère:

  • 1 miliampere = 1 mA = 1.10-3 A
  • 1 microampere = 1 μA = 1.10-6 A

Se considerarmos um intervalo de tempo muito pequeno, próximo de zero ou tendendo a zero, podemos definir a intensidade de corrente elétrica instantânea, como mostra a expressão a seguir:



Na maioria dos problemas estudados a nível do Ensino Médio, a corrente elétrica é considerada constante e, portanto: im = i.

Corrente Contínua e Corrente Alternada

Obs.: no presente momento não estamos interessados nas formas de geração de correntes elétricas e sim no conceito de corrente contínua ou alternada.

A principal característica da corrente continua [CC ou DC (em inglês)] é o sentido do fluxo da corrente elétrica a qual não se altera com o tempo.

A corrente elétrica contínua é fornecida por pilhas, baterias de carro ou celular, fontes de carregadores de celular ou notebook, etc.

Já a principal característica da corrente alternada [CA ou AC (em inglês)] é ter o sentido do fluxo da corrente elétrica se alternando periodicamente com o tempo entre os polos positivo e negativo.

Obs.: no Brasil a frequência da corrente é de 60 Hz (hertz), ou seja, o sentido da corrente elétrica se altera sessenta vezes por segundo, enquanto que em outros países a frequência é de 50 Hz.

É o tipo de corrente elétrica que é fornecido pela rede elétrica.

A principal característica da corrente continua [CC ou DC (em inglês)] é o sentido do fluxo da corrente elétrica a qual não se altera com o tempo.

A corrente elétrica alternada é basicamente fornecida pelas concessionárias de energia elétrica.

Obs.:  as fontes de alimentação ou carregadores dos celulares, notebooks, etc., transformam a corrente alternada em corrente contínua.

Graficamente, temos que:



Exercícios Resolvidos

01 – (FisMática) Quantos elétrons são necessários para se obter uma carga elétrica de 1 C?

Resolução:

Partindo da expressão matemática para a carga elétrica, temos:

Q = n.e  =>  1 = n.1,6x10-19  =>  n = 1/1,6x10-19  =>

n = 6,25x1018 elétrons

02 – (FisMática) Um detector acusa a passagem de 30 trilhões de elétrons por minuto através de um fio condutor. Determine a intensidade da corrente elétrica média que passa pelo condutor.

Resolução:

Primeiramente vamos acertar as unidades dos dados iniciais:

  • n = 30 trilhões de elétrons = 30x1012 = 3x1013 elétrons
  • Δt = 1 minuto = 60 s

Utilizando a expressão matemática para a intensidade de corrente elétrica, temos:

i = ΔQ/Δt = n.e/Δt = 3X1013x1,6x10-19/60 = 4,8x1013-19/60

i = 0,8x10-6 A = 0,8 μA