Física Introdução ao Estudo da Eletrodinâmica Autores Profs.: Célio Normando e Vasco Vasconcelos

Introdução Nas aulas anteriores, os condutores estavam em equilíbrio eletrostático, ou seja, os elétrons livres possuíam um movimento desordenado decorrente da agitação térmica. Considere um fio condutor de tal maneira que não haja diferença de potencial nos seus extremos. A B UAB = 0 Os elétrons livres deste fio movem-se em todas as direções com movimento desordenado.

Introdução Quando se estabelece uma diferença de potencial nos extremos do fio condutor, os elétrons livres do fio passam a se deslocar ordenadamente da extremidade B para a extremidade A. A B UAB  0 VA > VB E Agora as cargas elétricas possuem um movimento ordenado e os fenômenos elétricos decorrentes deste movimento preferencial das cargas serão analisados pela eletrodinâmica.

Como obter uma corrente elétrica? Para obtermos uma corrente elétrica precisamos de um circuito elétrico Circuito elétrico Para obtermos um circuito elétrico, são necessários três elementos, no mínimo: Gerador, Condutor e Carga.

GERADOR Orienta o movimento dos elétrons CONDUTOR Assegura a transmissão da corrente elétrica. CARGA Utiliza a corrente elétrica (transforma em trabalho) IMPORTANTE: Em um segmento AB de um fio metálico por onde passa uma corrente elétrica contínua e constante, a carga elétrica total de AB é nula.

Para que haja corrente elétrica que o circuito esteja fechado. é necessário que o circuito esteja fechado. Gerador Carga

Corrente Elétrica É um movimento orientado de cargas elétricas. A corrente elétrica só se estabelece em um condutor quando as extremidades deste condutor são submetidas a uma diferença de potencial. A B UAB 0 VA > VB E Nos estudos iniciais da corrente elétrica, não se sabia exatamente quais as cargas que se moviam no condutor, se as positivas ou as negativas. Diante disso, estabeleceu-se o seguinte:

Corrente Elétrica O sentido da corrente elétrica convencionalmente adotado é aquele no qual se deslocariam espontaneamente as cargas positivas no interior do condutor. E A B UAB  0 VA > VB Sentido convencional i Observe que as cargas elétricas que se movimentam no interior do condutor são os elétrons e o fazem no sentido de B para A (sentido real da corrente). No entanto, o sentido convencional se conserva até hoje. Assim, sempre que se fala em sentido da corrente, trata-se do sentido convencional.

Intensidade de Corrente Elétrica Seja o fio condutor submetido a uma diferença de potencial. A B i Numa determinada secção reta (A) desse condutor, passa uma determinada quantidade de carga, num certo intervalo de tempo (Dt). A intensidade da corrente elétrica (i) nesse condutor é a razão entre a carga que atravessa uma secção do condutor e o intervalo de tempo gasto para isto. i = q t

Unidades M.K.S. coulomb/segundo (ampére) (A) GA MA kA A mA A nA Para cada degrau descido, multiplique por 10-3 GA MA kA A Para cada degrau subido, multiplique por 103 mA A nA

Tipos de corrente elétrica Corrente Contínua (C.C) - É aquela em que o sentido e a intensidade permanecem constantes com o tempo. O que representa a área hachurada? t i A = i x (t2 – t1) Þ N A = i x Dt Þ N i Þ A = Dq N A t1 t2 A corrente contínua pode ser obtida quando se usa uma pilha, ou uma bateria.

Tipos de corrente elétrica Corrente Alternada (C.A) - É aquela em que a intensidade e o sentido mudam periodicamente com o tempo. Nas tomadas de sua casa, encontra-se uma corrente alternada. t i

Tipos de corrente elétrica Nos metais e no grafite a corrente elétrica tem como portadores de cargas livres os elétrons, e o sentido convencional é igual ao sentido do vetor campo elétrico que se estabelece no interior do condutor. Corrente elétrica convencional E  i

Tipos de corrente elétrica Nas soluções eletrolíticas (uma solução de NaCl em água, por exemplo) os portadores de cargas livres são os íons positivos de Na+ e os íons negativos de Cl–. A intensidade de corrente na solução, num certo intervalo de tempo, será calculada pela expressão: placas metálicas i = |Q| t , onde |Q| = |Qp| + |Qn| Qp: total de cargas dos íons positivos e Qn: total de cargas dos íons negativos.

Tipos de corrente elétrica Nos gases rarefeitos a corrente elétrica tem como portadores de carga os íons positivos e negativos como também a movimentação de elétrons livres. A corrente elétrica que se estabelece nos condutores eletrolíticos e nos condutores gasosos (como a que surge em uma lâmpada fluorescente) é denominada corrente iônica.

Corrente Elétrica Tipos de condutores: a) Primeira classe: Condutores Metálicos

Corrente Elétrica b) Segunda classe: Condutores Eletrolíticos placas metálicas

Corrente Elétrica c) Terceira classe: Condutores Gasosos

Corrente Elétrica Isolante elétrico é todo meio que oferece boa resistência a movimentação de portadores de cargas elétricas no seu interior

Efeitos da Corrente Elétrica Efeito térmico  Os elétrons , acelerados pelas forças elétricas, colidem com os átomos da rede atômica, transferindo-lhes energia, que faz com que haja um aumento da energia de vibração desses átomos, o que implica macros-copicamente num aumento de temperatura. Este fenômeno, também chamado efeito Joule. Alguns exemplos clássicos: Lâmpada incandescente Chuveiro elétrico Ferro elétrico Fusíveis

Efeito químico Fazendo-se passar uma corrente elétrica por uma solução de ácido sulfúrico em água, por exemplo, observa-se que da solução se desprende hidrogênio e oxigênio. A corrente elétrica produz, então, uma ação química nos elementos que constituem a solução.

Efeitos fisiológicos A corrente elétrica tem ação, de modo geral, sobre todos os tecidos vivos, porque os tecidos são formados de substâncias coloidais e os colóides sofrem ação da eletricidade. Mas é particularmente importante a ação da corrente elétrica sobre os nervos e os músculos. Na ação sobre os nervos devemos distinguir a ação sobre os nervos sensitivos e sobre os nervos motores. A ação sobre os nervos sensitivos dá sensação de dor. A ação sobre os nervos motores dá uma comoção (choque). A corrente elétrica passando pelo músculo produz nele uma contração.

Efeito magnético Em 1820, o dinamarquês Oersted descobriu que quando a corrente elétrica passa em um fio metálico desviava a agulha de uma bússola. Curiosidade: O primeiro modelo de um motor elétrico nasceu dessas pesquisas.Um fio condutor, que ao ser percorrido pela corrente elétrica, girava quando colocado próximo ao ímã.O mesmo estava convertendo diretamente energia elétrica em energia mecânica. Uma outra grande aplicação ocorreu quando da invenção dos galvanômetros.

CURIOSIDADE: Parada respiratória A máxima corrente que uma pessoa pode tolerar ao segurar um eletrodo, podendo ainda largá-lo usando os músculos diretamente estimulados pela corrente, segundo determinações experimentais em corrente alternada de 50/60 Hz, são  valores de 6 a 14 mA, em mulheres (10 mA de média) e 9 a 23 mA em homens (16 mA de média);  portanto uma corrente elétrica inferior à necessária ao funcionamento de uma lâmpada incandescente normalmente usada em nossas residências. Correntes superiores a estas podem causar uma parada respiratória, contração de músculos ligados à respiração e/ou à paralisia dos centros nervosos que comandam a função respiratória.  Se a corrente permanece, o indivíduo perde a consciência e morre sufocado.  A rapidez da aplicação  da respiração artificial (boca a boca), e do tempo pelo qual ela é realizada,  principalmente intervir imediatamente após o acidente (em 3 ou 4 minutos no máximo) para evitar asfixia da vítima ou mesmo lesões irreversíveis nos tecidos cerebrais é muito importante nestas situações.

Efeito luminoso   A corrente elétrica num gás apresenta movimentos de íons e elétrons. As constantes colisões dessas partículas com os átomos do gás faz com que haja transferência de energia ; parte dessa energia faz com que elétrons dos átomos sejam transferidos para níveis de energia mais elevados. Quando retornam aos níveis anteriores, a energia absorvida é então liberada sob forma de radiação. Alguns exemplos clássicos são: Lâmpadas de vapor de mercúrio Lâmpada de vapor de sódio Letreiros luminosos de neon Luminosidade dos raios que ocorrem numa tempestade