Eletricidade

Parte 2 - Eletrodinâmica

Eletrodinâmica

A eletrodinâmica estuda as cargas elétricas em movimento, a corrente elétrica, os circuitos elétricos, o funcionamento dos aparelhos elétricos e as usinas elétricas.

Os aparelhos eletroeletrônicos que se encontram nas residências precisam de energia elétrica para o seu funcionamento. Tal energia é obtida quando eles são ligados em alguma fonte de energia, como uma pilha, bateria, ou uma tomada.

Quando isso é feito, os elétrons livres, que se encontram nos meios condutores desses aparelhos, passam a se movimentar de maneira ordenada, transportando a energia elétrica necessária para o seu funcionamento.

Esse movimento ordenado dos elétrons é conhecido como corrente elétrica e ela pode ocorrer nos condutores sólidos, como os metais, e em gases e líquidos ionizados.

Corrente elétrica

Quando um fio condutor se encontra fora da tomada (fonte de energia), os seus elétrons livres estarão se movimentando de maneira aleatória, conforme a figura ao lado.

Uma vez ligado na tomada, os elétrons passam a se movimentar ordenadamente e no mesmo sentido; assim será formada a corrente elétrica, e esse movimento ordenado de elétrons fornecerá a energia necessária para o aparelho funcionar.

Conclusão:

A corrente elétrica é o movimento ordenado de cargas elétricas em um condutor.

Intensidade da corrente elétrica (i)

Para calcular a intensidade da corrente elétrica (i) que atravessa a secção transversal de um fio condutor, devemos dividir a quantidade de carga que atravessa o condutor (∆Q, cuja unidade no S.I. é o Coulomb, representado pela letra C), pelo intervalo de tempo (∆t, cuja unidade no S.I. é o segundo, representado pela letra s) considerado.

i = ∆Q∆t

unidade: 𝐶𝑜𝑢𝑙𝑜𝑚𝑏

𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜 = Ampère (A)

Intensidade da corrente elétrica (i)

Por exemplo, se 30 C de carga atravessam uma secção de um fio condutor (metálico) a cada minuto, temos:

i = ∆Q∆t

= 30 C60 s

= 0,5 A

Como ocorre com diversas unidades, o ampère possui submúltiplos, conforme a tabela a seguir:

Corrente elétrica em um metal

Diferença de potencial e sentido da corrente elétrica

A corrente elétrica só ocorre quando há uma diferença de potencial (d.d.p.), também chamada tensão ou voltagem, no circuito elétrico. A d.d.p. é medida em volts (V).

Neste momento vamos entender a d.d.p como uma diferença de energia entre os terminais. É o que ocorre na tomada, por exemplo. A voltagem convencional das tomadas de nossas casas, na região sudeste, é de 110 V, embora em outras regiões do Brasil, como por exemplo Santa Catarina, o padrão seja de 220 V. Claro, é possível modificar a instalação elétrica das tomadas de uma residência, caso seja necessário.

Um gerador de energia elétrica de um circuito (pilha, bateria, etc.) possui dois polos: um positivo e um negativo. Quanto ao sentido da corrente elétrica em fios metálicos, o sentido real dos elétrons em movimento é do polo negativo para o polo positivo. Mas, nos estudos em eletricidade, adota-se como sentido convencional para a corrente elétrica o sentido do polo positivo para o polo negativo.

Efeito Joule e resistência elétrica

Quando um condutor é aquecido ao ser percorrido por uma corrente elétrica, ocorre uma transformação de energia elétrica em energia térmica. Este fenômeno é conhecido como Efeito Joule, em homenagem ao físico britânico James Prescott Joule (1818-1889).

Esse fenômeno ocorre devido o encontro dos elétrons da corrente elétrica com as partículas do condutor. Os elétrons sofrem colisões com átomos do condutor (devido à resistência elétrica natural dos materiais), parte da energia cinética (energia de movimento) do elétron é transferida para o átomo aumentando seu estado de agitação, consequentemente sua temperatura.

Assim, a energia elétrica é transformada em energia térmica (calor), e o dispositivo onde ocorre esta transformação nós chamamos de resistor.

Resistores

A resistência elétrica, portanto, mede a dificuldade com que os elétrons fluem por um condutor, e é medida em Ohms (Ω).

Os resistores são elementos de circuito que fazem a conversão de energia elétrica em energia térmica.

Pode parecer desperdício de energia a princípio, mas essa transformação de energia é muito útil em nossas vidas. Aparelhos como o ferro de passar, o secador de cabelo e o chuveiro elétrico, por exemplo, possuem resistores e funcionam baseados no efeito Joule. E quem não gosta de andar com roupas passadas e de tomar um banho morno ou quente, não é mesmo?

Ao lado temos a representação de um resistor em um circuito elétrico.

Lei de Ohm

Podemos relacionar a intensidade da corrente elétrica (i) com a diferença de potencial (U) e a resistência elétrica (R) através da relação conhecida como Lei de Ohm:

U = R . i

Vejamos um exemplo de aplicação dessa lei:

No circuito abaixo, temos uma lâmpada ligada aos terminais de uma bateria de 9 V. Sabendo que a corrente elétrica que percorre o circuito tem intensidade 2 A, qual a resistência elétrica do filamento da lâmpada?

U = 9 V; i = 2 A; R = ?

U = R . i

9 = R . 2

R = 9

2 = 4,5 Ω

Instrumentos de medida

Os diversos tipos de instrumento de medidas elétricas podem ser de campo ou de bancada, analógicos ou digitais e com diferentes graus de precisão. Podemos medir a intensidade de corrente (i), a resistência elétrica (R) e a voltagem (V) em um circuito (ou em seus componentes) com facilidade.

Para medir a intensidade da corrente elétrica, utilizamos um amperímetro. Para medir a voltagem, utilizamos o voltímetro e, para medir a resistência elétrica, o ohmímetro.

Mas para um profissional não é necessário andar com três instrumentos de medida: o multímetro digital possui as três funções!