CORRENTE ELÉTRICA










Considere o aparelho da figura abaixo, sua função é manter entre seus terminais A e B uma diferença de potencial elétrica (ddp) : Va – Vb. Esse aparelho é chamado gerador elétrico e seus terminais A e B são denominados pólos.

Polo positivo é o de maior pontencial (Va)
Polo negativo é o de menor potencial (Vb)


O gerador mantém entre os pólos A e B uma ddp. A bateria de um automóvel é um exemplo de gerador elétrico.






Condutor em equilíbrio eletrostático

Considere um condutor em equilibrio eletrostáticos, sabemos então que os seus elétros livres estão em movimento desordenado. Todos os pontos do condutor metálico em equilíbrio tem o mesmo potencial elétrico.



Em um condutor metálico em equilíbrio, o movimento dos elétrons é desordenado




Ligando-se esse condutor metálico aos pólos A e B do gerador elétrico, ele ficará submetido à ddp Va – Vb, que origina, no interior do condutor, o campo elétrico E, cujo sentido é do pólo positivo para o negativo. Nesse campo elétrico, cada elétron fica sujeitp a uma força F = qE de sentido oposto ao vetor E, pois a carga q é negativa (elétron).

Sob a ação da força F, os elétrons alteram suas velocidades, no comportamento adquirem movimento ordenado, cuja velocidade média tem direção e sentido da força F. Esse movimento ordenado constitui a corrente elétrica.





INTENSIDADE DE CORRENTE
No condutor metálico (Fig. Abaixo ) , seja n o número de elétrons que atravessam a seção transversal desde o instante t. Como cada elétrica possui carga elementar e, no intervalo de tempo ∆t
∆q = ne
A intensidade média de corrente elétrica no intervalo de tempo ∆t é definida por :
i = ∆q / ∆t




CORRENTE CONTÍNUA

É toda corrente em que o sentido e intensidade são constantes.
A pilha, por exemplo, fornece uma corrente elétrica contínua, em vários aparelhos eletro-eletrônicos aparece as letras DC indicando que é usado na corrente contínua .






CORRENTE ALTERNADA

É toda corrente que muda de sentido e intensidade. Nos terminais das tomadas das nossas casas temos uma corrente alternada de frequência 60 Hz ( Hz = hertz = ciclos / segundo) . Em vários aparelhos eletro-eletrônicos aparece as letras AC indicando que é usado na corrente alternada.










A comportamento da corrente alternada é senoidal








A unidade de intensidade de corrente é a unidade fundamental elétrica do Sistema Internacional de Unidades (SI) e denominada àmpere (A), em homenagem a um cientista francês.

Usa-se os submúltiplos
Miliampére = mA
Microampére = µA
1mA = 10^-3 A
1µA = 10^-6 A
A partir do ampère, ∆q = i . ∆t , no SI a unidade de carga elétrica é o coulomb (C), pois 1C = 1A . 1S (um ampère vezes um segundo )




SENTIDO DA CORRENTE ELÉTRICA

IMPORTANTE :
O sentido do movimento dos elétrons é oposto ao sentido do campo elétrico no interior do condutor metálico, pois a carga q do elétron é negativa .


Porém, convecionaram que o sentido da corrente elétrica é igual ao sentido do campo elétrico no interior do condutor .

Esta convenção é internacionalmente adotada, e a corrente é chamada corrente convencional .

A corrente convencional então pode ser imaginada como sendo constituida de cargas positivas.





Circuito Elétrico


Denominamos circuito elétrico o conjunto de aparelhos onde se pode estabelecer uma corrente elétrica. O gerado é a parte interna do circuito.
Fechar um circuito é efetuar uma ligação que permite a passagem da corrente elétrica, abrir o circuito é interromper essa corrente. Essas operações se efetuam, geralmente, através de uma chave Ch.


Chave Ch, para fechar ou abrir um circuito


A bateria e a lâmpada, ligadas por fios condutores constituem um circuito elétrico. Ao se fechar a chave , há passagem de corrente elétricfa e a lâmpada se acende










Exercícios Resolvidos
1. Um fio metálico é percorrido por uma corrente elétrica contínua e constante. Sabe-se que uma carga elétrica de 32 C atravessa uma seção transversal do fio em 4,0 s. Sendo e = 1,6 . 10^-19 C a carga elétrica elementar, determine :
a) A intensidade da corrente elétrica
b) O número de elétrons que atravessa uma seção do condutor no referido intervalo de tempo .


Solução :

a) Sendo ∆q = 32 C e ∆t = 4,0 s, temos pela fórmula que
intensidade = ∆q / ∆t , logo i = 32 / 4,0 i = 8,0 A
b) Sendo n o número de elétrons e e a carga elétrica elementar, temos: ∆q = ne , n = ∆q / e , n = 32 / 1,6.10^-19 , n = 2,0 . 10^20 elétrons


2. É possível medir a passagem de 5,0.10² elétrons por segundo através de uma seção de um condutor com certo aparelho sensível. Sendo a carga elementar 1,6.10^-19 C, calcule a intensidade correspondente ao movimento .

Solução :

Em ∆t = 1 s , passam pela seção n = 5,0 .10² elétrons de carga e = 1,6 .10^-19 C , então
i = ∆q / ∆t = ne/∆t = 5,0.10² . 1,6.10^-19 / 1
i = 800.10^-19 A, i =8.10^-17 A



3. Um fio de cobre é percorrido por uma corrente contínua de intensidade 1,0 A. Adotando a carga elementar 1,6 . 10^-19 C, determine :
a) O número de elétrons passando por uma seção transversal do condutor em 1,0 s.

Solução :
a) Em ∆t = 1,0 s passam n elétrons de carga e = 1,6 .10^-19 C pela seção sombreada . Sendo i = ∆q / ∆t = ne / ∆t, tem-se n = i∆t / e , n = 1,0 . 10 / 1,6.10^-19
n = 6,25. 10 ^18 elétrons


4. O gráfico representa a intensidade de corrente que percorre um condutor em função do tempo.



Determine a carga elétrica que atravessa uma seção transversal do condutor entre os instantes:

a) 0 e 2 s
b) 2 e 4 s


Solução :

a) No intervalo de tempo de 0 a 2 s a intensidade de corrente é constante e portanto coincide com a intensidade média. Desse modo,
i = ∆q / ∆t , ∆q = i∆t Sendo i = 3A e ∆t = 2 s, vem ∆t = 2 s, vem ∆q = 3.2 , logo ∆q = 6 C



Observe que a carga elétrica ∆q = i. ∆t é igual a área do retângulo sombreado . logo poderia calcular A = base . altura = 2.3 = 6 C


b) Nesse caso, não pode usar a expressão ∆q = i∆t , pois i não é constante. Devemos calcular pela área correspondente,



A = área do trapézio = ( base maior + base menor) . altura / 2
A = ( 6 + 3 ) . 2 / 2
A = 9
Logo, ∆q = 9 C


CURIOSIDADE
"Ao ligar a chave de um aparelho elétrico, ele começa a funcionar imediatamente, embora possa estar a centenas de metros de distância. Como isso é possivel, se a velocidade dos elétrons nos condutores é relativamente baixa ? "
Resposta : Os elétrons livres do condutor se poem em movimento simultaneamente em todo o circuito



Efeitos da Corrente Elétrica
A passagem da corrente elétrica através dos condutores acarreta diferentes efeitos dependendo da natureza do condutor e da intensidade da corrente . È comum dizer-se que a corrente elétrica tem quatro efeitos principais : fisiológico, térmico ( ou Joule ), químico e magnético .

O efeito fisiológico corresponde à passagem da corrente elétrica por organismos vivos. A corrente elétrica age diretamente no sistema nervoso, provocando contrações musculares; quando isto ocorre, dizemos que houve um choque elétrico.
O pior caso de choque é aquele que se origina quando uma corrente elétrica entra pela mão de uma pessoa e sai pela outra. Nesse caso, atravessando o tórax de ponta a ponta, ela tem grande chance de afetar o coração e a respiração.
O valor mínimo de intensidade de corrente que se pode perceber pela sensação de cócegas ou formigamento leve é 1mA, Com uma corrente de intensidade 10mA, a pessoa já perde o controle dos músculos, sendo difícil abrir a mão e livrar-se do contato. O valor mortal está compreendido entre 10mA e 3 A, aproximadamente. Nesses valores, o coração pára de bombear sangue, paralisando também a circulação sanguínea. Interrompendo a corrente, geralmente o coração relaxa e pode começar a bater novamente, porém pode-se ter danos cerebrais irreversíveis.

O efeito térmico, também conhecido como efeito Joule, é causado pelo choque dos elétrons livres contra átomos dos condutores. Ao receberem energia, os átomos vibram mais intensamente, quanto maior for esta vibração, maior será a temperatura do condutor; observando o aquecimento do condutor..

O efeito químico ocorre quando a corrente elétrica atravessa as soluções eletrolíticas. É muito aplicado no recobrimento de metais (niquelação, cromação, etc.)

O efeito magnético é aquele em que a corrente elétrica cria um campo magnético. A existência de um campo magnético em determinada região pode ser constatada com uso de uma bússola, ocorrerá desvio da agulha magnética . Esse é o efeito mais importante da corrente elétrica.

Para medir a intensidade da Corrente Elétrica
Para medir a intensidade de uma corrente elétrica são construídos aparelhos denominados amperímetros ( ou miliamperímetros, microamperímetros ou ainda galvanômetros ).


Aparelho destinado a medir a intensidade de corrente

Estes aparelhos possuem dois terminais acessíveis e devem ser colocados no circuito de modo que a corrente a ser medida possa atravessá-lo.


Na figura abaixo, temos dois circuitos elétricos.

(a)



(b)


No caso (a) existe apenas um caminho para a corrente que se quer medir . Verificamos que os amperímetros A1, A2, A3, colocados em diversos pontos do circuito, dão a mesma indicação i. Para circuitos que oferecem apenas um caminho para a corrente, a intensidade de corrente é a mesma em todos os pontos.

No caso (b),
entre os pontos N’ e N’’ temos dois condutores denominados ramos do circuito principal. Os pontos N’ e N’’ nos quais a corrente se divide são chamados nós do circuito. Os amperímetros A1 e A2 estão colocados nos ramos e o amperímetro A3 no circuito principal. Com a chave Ch fechada, as intensidades são, respectivamente, i1, i2 e i . As indicações dos amperímetros mostram que

i1 + i2 = i

Considerando-se o nó N’’, podemos enunciar a seguinte regra, conhecida como regra dos nós, que é válida para qualquer nó de um circuito

Em um nó, a soma das intensidades de corrente que chegam é igual à soma das intensidades de corrente que saem .


Energia e Potência da Corrente elétrica Considere dois pontos A e B de um trecho do circuito, onde passa a corrente convencional de intensidade i. Sejam Va e Vb os respectivos potenciais elétricos desses pontos e chamemos de V = Va – Vb a ddp entre os pontos. O movimento das cargas elétricas só será possível se for mantida a ddp V entre A e B. Então, a ddp é a causa da passagem da corrente elétrica.
Chamemos ∆q a carga elétrica positiva que, no intervalo de tempo ∆t, atravessa esse trecho. No ponto A, a carga tem energia potencial elétrica Epa = ∆qVa e, ao chegar em B, ela tem energia potencial elétrica Epb = ∆qVb.

Quando a carga elétrica atravessa o trecho AB, o trabalho das forças elétrica é dado por :

Tab = ∆qV = ∆q(Va - Vb) = ∆qVa - ∆qVb


Como Epa = ∆qVa e Epb = ∆qVb, temos :

Tab = Epa – Epb

A potencia elétrica consumida é dada por :
P = Tab / ∆t
P = ∆qV / ∆t
Como ∆q / ∆t = i, temos
P = Vi
A energia elétrica E consumida pelo aparelho existente entre A e B, num intervalo de tempo ∆t, é dada pelo trabalho das forças elétricas
T ab = P∆t
Portanto:
E = P∆t


Recordemos as unidades :
Potência : Watt (W)
Voltagem : Volt (V)
Intensidade : Ampère (A)

É norma prática gravar-se nos aparelhos elétricos, a potência elétrica que eles consomem, bem como o valor da ddp a que devem ser ligados. Assim, um aparelho que traz a inscrição (60W – 120V) consome a potência elétrica de 60W, quando ligado entre dois pontos cuja ddp é 120V. Em Eletricidade mede-se também a potência em quilowatt (1kW = 10³ W) e, a energia elétrica, em quilowatt-hora (kWh). Um kWh é a quantidade de energia que é trocada no intervalo de tempo de 1 h com potência de 1kW. Portanto :
1kWh = 1kw . 1h = 1000W . 3600 s
Logo,
1kWh = 3,6 . 10^6 J

Exercícios Resolvidos

1. Um aparelho elétricos alimentado sob ddp de 120 V consome uma potência de 60 W. Calcule :
a) A intensidade de corrente que percorre o aparelho
b) A energia elétrica qie ele consome em 8h, expressa em kWh.


S olução :

a) A potência elétrica é :
P = Vi
60 = 120 . i ,
logo a intensidade é
i = 0,5 A
b) Sendo P = 60W = 60.10^-3 kW e ∆t = 8h, a energia elétrica, dada pelo trabalho das forças elétricas entre A e B, será:
E = P∆t = 60.10^-3 . 8
E = 480 . 10^-3 kWh
E = 0,48 kWh

2. Em um aparelho elétrico ligado corretamente lê-se a inscrição (480W – 120 V). Sendo a carga elementar 1,6 .10^-19 C, calcule o número de elétrons passando por uma seção trasnversal do aparelho em 1 s.


Solução :
P = 480 W e V = 120 V
Como P = Vi ,
480 = 120i
i = 4 A
Sendo, i = ∆q / ∆t = ne / ∆t , n = i∆t /e
n = 4 . 1 / 1,6.10^-19
n = 2,5 . 10^19 elétrons

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