Corrente elétrica Física – 3º ano - IEV

Corrente elétrica ( i ): Movimento ordenado dos elétrons; e/ou um fluxo ordenado de elétrons livres (e-) passando por um fio condutor.

Condutor líquido e gases Uma corrente elétrica pode ser estabelecida também em condutores líquidos. A corrente elétrica em um condutor líquido é constituída pelo movimento de íons positivos e íons negativos, deslocando-se em sentidos contrários. Corrente elétrica em gases é constituída pelo movimento de íons positivos, íons negativos e também elétrons livres. Ex.: lâmpadas de vapor de mercúrio.

Circuito elétrico simples Composição: Pilha seca; lâmpada de baixa potência; Fios de ligação O fluxo de elétrons que percorre o circuito elétrico, no sentido negativo para o positivo, constitui a corrente elétrica.

Pilhas, baterias e tomadas de energia são fontes capazes de manter uma corrente elétrica circulando por fios ligados entre seus terminais. Uma descarga elétrica entre uma nuvem e a Terra, a corrente não é sustentada. Pois, no início, há uma diferença de potencial elétrico capaz de vencer a rigidez dielétrica do ar, porém posteriormente o ar volta se comportar como isolante elétrico. Porque isso acontece?

Quanto maior for a diferença de potencial elétrico de uma fonte, maior será a corrente elétrica que passará por um fio condutor a ela conectado. Não se deve confundir uma diferença de potencial elevada com um potencial elétrico elevado. Um potencial isolado não pode gerar uma corrente elétrica.

Velocidade de migração dos elétrons Os elétrons livres movem-se ao acaso, com velocidades elevadas. Porém, essas partículas sofrem colisões com os íons fixos do condutor, e a velocidade efetiva é nula. Quando um campo elétrico é aplicado ao condutor, os elétrons livres sofrem a ação de uma força de sentido oposto ao sentido desse campo. Assim os elétrons adquirem uma pequena velocidade de migração, em sentido oposto ao do campo.

O movimento efetivo dos elétrons ocorre de forma lenta. Dentro do fio condutor, a energia elétrica é usada para aquecer a massa do condutor. Porque uma lâmpada começa a brilhar assim que um interruptor de luz é ligado, sendo que a velocidade de migração dos elétrons é lenta?

Sentido da corrente elétrica Sendo o sentido do movimento dos íons positivos oposto aos dos íons negativos. Qual o sentido da corrente elétrica? Os físicos convencionaram que o sentido da corrente elétrica é o mesmo do fluxo de cargas positivas, não importando se os portadores de cargas são realmente cargas positivas, negativas ou ambas.

Como a corrente convencional é definida pelo movimento de cargas positivas , o seu sentido é o mesmo do campo elétrico que a produz. O sentido da corrente é oposto ao movimento de migração dos elétrons livres.

Definição matemática da corrente elétrica A intensidade de corrente é definida como a taxa de fluxo de carga, através de uma área perpendicular à trajetória do movimento dessas cargas. Quanto maior for o número de elétrons que atravessam a seção num dado tempo, maior será a intensidade da corrente elétrica. Apesar de possuir sentido, a corrente elétrica é uma grandeza escalar, as setas são usadas somente para indicar o sentido do fluxo das cargas livres. (devem ser somadas algebricamente)

Fórmula Sendo: N o número de elétrons que atravessam a seção. ∆t o intervalo de tempo. e carga elementar, que é uma constante e=1,6x10^-19C. i a corrente elétrica média . Unidades: i = Ampère (A) ∆q = coulomb (C) ∆t = segundos (s)

Medição e caráter escalar da corrente O valor de uma corrente elétrica pode ser medido por meio de um amperímetro. A tela desde instrumento pode fornecer valores de corrente, tensão ou resistência elétrica.

Corrente alternada Corrente contínua (CC) – quando o fluxo de carga ocorre sempre no mesmo sentido. Ex.: Pilhas e baterias, pois apresentam as polaridades fixas, e por isso, apresentam CC. Corrente alternada (CA) – quando a fonte de tensão apresenta uma inversão de polaridade. Ex.: Tomadas, a mais simples possuem dois terminais, o neutro e a fase

Corrente alternada – chuveiros, lâmpadas fluorescentes, ventiladores. Corrente contínua de baixa intensidade – carregador de celular, circuitos eletrônicos de rádios, televisores, etc. Esses aparelhos possuem um conversor interno de CA em CC, que primeiro baixa a tensão e depois converte a corrente de CA para CC.

A corrente alternada é usada em grande escala em quase todas as partes do mundo. A sua geração é feita a tensões médias nas usinas de eletricidade. A corrente elétrica também oscila entre valores positivos e negativos, pois ela alterna de sentido muitas vezes por segundo.

Conceitos físicos da Resistência Elétrica A intensidade de uma corrente em um condutor depende da d.d.p. (diferença de potencial) aplicada e também da resistência elétrica que esse condutor oferece ao fluxo de cargas. A resistência elétrica de um condutor depende também de sua temperatura. Em altas temperaturas a capacidade de conduzir a eletricidade fica prejudicada. Em exceção temos o Carbono Grafite.

Resistência, resistividade e condutividade elétrica Para uma diferença de potencial aplicada entre a extremidade superior e a extremidade inferior de um condutor de comprimento L e área A, a resistência elétrica é dada por: Sendo: ρ – Resistividade elétrica do material condutor L – comprimento do fio A /S– área da sessão R – resistência elétrica.

Resistividade ρ(Ω.m.) a 20ºC A resistência de um condutor é diretamente proporcional ao seu comprimento e inversamente proporcional à seção reta. A unidade de resistência elétrica é o Ohm (Ω) A resistividade é dada por Ω.m. Material Resistividade ρ(Ω.m.) a 20ºC Cobre 1,7 x 10ˉ⁸ Alumínio 2,8 x 10ˉ⁸ Aço níquel-cromo 100 x 10ˉ⁸ Carbono 3500 x 10ˉ⁸ Borracha 10¹³ x 10¹⁶

Exemplo: Se um cilindro conforme figura abaixo, for feito de cobre, e suas dimensões forem L=10cm, e A=50cm², a sua resistência elétrica ao longo do comprimento será? ρ = 1,7x10ˉ⁸

Condutividade elétrica – é definida como o inverso da resistividade elétrica. Sua unidade é 1/(Ω.m.), ou S/m. É uma propriedade do material condutor.

Relação entre a tensão, corrente e resistência elétrica A resistência R de um condutor é calculada pela razão entre a tensão Vав aplicada entre suas extremidades e a corrente elétrica I que é estabelecida através do condutor. Essa equação também pode ser usada para resolver problemas envolvendo aparelhos ligados às tensões alternadas e não constantes.

Lei de Ohm Ohm descobriu através de seus experimentos que certos condutores, sobretudo, os metais, apresentam a resistência elétrica constante, independente da d.d.p. aplicada. A lei de Ohm = quando um condutor apresenta uma resistência elétrica que não depende da tensão, é um condutor ôhmico. O material deve manter sua temperatura constante, pois caso contrário, irá alterar sua resistividade e cosequentimente o valor da resistência elétrica.

Efeitos fisiológicos da corrente elétrica Um choque elétrico é o resultado da passagem de uma corrente elétrica pelo corpo do ser humano. O efeito danoso do choque é uma função da intensidade da corrente, de sua duração e da parte do corpo por onde ela passa. A intensidade da corrente através de um meio condutor depende da tensão e da resistência elétrica do meio.

A corrente e a energia elétrica Uma corrente elétrica transporta energia elétrica. A energia elétrica é transformada em outras formas de energia. Ex.: Em uma lâmpada a energia elétrica é transformada em energia luminosa. Potência elétrica , é a taxa de transformação da energia elétrica. É expressada pela seguinte equação:

Efeito Joule Quando uma corrente elétrica passa por um condutor, as cargas livres colidem constantemente contra a rede atômica. Por isso, a energia elétrica é transformada em energia térmica. Essa transformação de energia é conhecida como Efeito Joule. Esse efeito ocorre em qualquer condutor ou equipamento por onde flui uma corrente elétrica. Alguns dispositivos elétricos são específicos para converter energia elétrica em energia térmica.

Quilowatt-hora (kwh) É outra unidade de energia usada comumente para medir o consumo de energia. 1kw equivale 1000w 1kwm equivale a 3,6 x 10⁶J

Até o próximo capítulo!