CORRENTE ELÉTRICA

 Corrente Elétrica

1. Carga Elétrica

A matéria é constituída por átomos. Os átomos, por sua vez, são formados por inúmeras partículas elementares, sendo as principais:

prótons, elétrons e nêutrons

 

Essas partículas, quando em presença umas das outras, apresentam um comportamento típico, a saber:

a) prótons, em presença de prótons, repelem-se;

b) elétrons, em presença de elétrons, repelem-se;

c) prótons, em presença de elétrons, atraem-se;

d) nêutrons, em presença de nêutrons, não manifestam nem atração nem repulsão.

Para diferenciar e explicar os comportamentos (a), (b), (c) e (d), fica claro que existem dois tipos distintos de carga elétrica.

Assim, para distingui-los, usaremos a convenção:

• prótons possuem carga elétrica positiva;
• elétrons possuem carga elétrica negativa;
• nêutrons não possuem carga elétrica.

Medidas elétricas delicadas nos informam que, a menos dos sinais que apenas diferenciam os tipos de carga, a quantidade de carga transportada pelo elétron é igual à quantidade de carga transportada pelo próton.

Essa quantidade comum será denominada carga elétrica elementar e é indicada por e, cujo valor é:

e = 1,6 . 10 -19 coulomb

 

em que coulomb (C) é a unidade com que se medem as cargas elétricas no Sistema Internacional de Unidades (SI).

Assim, se indicarmos por q_p e q_e as cargas transportadas pelo próton e pelo elétron, respectivamente, teremos:

qp = + e = + 1,6 . 10 -19 C qe = - e = -1,6 . 10 -19 C

2. Condutores e Isolantes

Entende-se por condutor elétrico todo meio material, no qual as partículas eletrizadas encontram facilidade de se movimentar. Nos metais, em geral, as partículas eletrizadas podem-se movimentar com enorme facilidade, e isso se justifica pelo elevadíssimo número de elétrons “livres" que possuem. Os elétrons “livres" são aqueles da camada mais externa do átomo metálico, que estão fracamente ligados ao núcleo atômico. Em consequência, esses elétrons podem passar facilmente de um átomo a outro, constituindo no interior do metal uma verdadeira nuvem eletrônica.

As substâncias ditas isolantes elétricos, como o vidro, a mica, a ebonite etc., são, em geral, os não metais que, por não possuírem razoável quantidade de elétrons livres, não permitem, com facilidade, o movimento de partículas eletrizadas através de si.

Atente para o seguinte: um pedaço de metal, como um fio de cobre, por exemplo, apresenta enorme quantidade de elétrons livres no seu interior, porém esses elétrons movimentam-se de maneira totalmente caótica e desordenada. Um dos primeiros problemas da Eletrodinâmica será, justamente, ordenar esses movimentos.

Nota

Existem condutores elétricos nos estados sólido, líquido e gasoso. Especifiquemos bem quais são os portadores de carga elétrica, que podem movimentar-se através desses meios.

• Nos condutores sólidos, cujo exemplo típico são os metais, os portadores de carga elétrica são, exclusivamente, elétrons.
• Nos condutores líquidos, cujo exemplo típico são as soluções iônicas, os portadores de carga elétrica são, exclusivamente, íons (cátions e ânions).
• Nos gases condutores, também ditos gases ionizados, os portadores de carga elétrica são íons e elétrons.

3. Corrente Elétrica

Considere o condutor metálico da figura (a) no qual seus elétrons “livres" estão em movimento caótico. Considere ainda, na figura (b), um dispositivo, no qual destacamos duas regiões: região A com permanente falta de elétrons (polo positivo) e região B com permanente excesso de elétrons (polo negativo).

Tal dispositivo é denominado gerador elétrico. A pilha de farolete e a bateria do automóvel são exemplos de geradores. Se ligarmos o condutor ao gerador elétrico, os elétrons livres entram em movimento ordenado (figura c) ao longo do condutor, no sentido de B para A.

O movimento ordenado de cargas elétricas constitui a corrente elétrica.

Se as cargas elétricas “livres" fossem positivas, o sentido da corrente elétrica seria o indicado na figura (d). Este sentido é denominado sentido convencional da corrente elétrica.

Figura (a) – Elétrons livres em movimento caótico

 

 

 

4. Intensidade da Corrente Elétrica

Considere um fio metálico ligado aos polos de um gerador. Seja S uma secção transversal desse fio. Eletróns livres atravessam esta secção, todos num mesmo sentido.

Seja Q o valor absoluto da carga elétrica que atravessa a secção S, num intervalo de tempo t.

Define-se intensidade média da corrente elétrica, nesse condutor, no intervalo de tempo t, a grandeza:

 

No Sistema Internacional de Unidades, medindo-se a carga elétrica em coulomb (C) e o intervalo de tempo em segundo (s), a unidade de intensidade de corrente elétrica vem expressa em C/s e denomina-se ampère (A).

 

Comumente, usamos os seguintes submúltiplos do ampère:

miliampère = 10^–3A = 1 mA

microampère = 10^–6A = 1 A

Sendo n o número de elétrons que constitui a carga elétrica Q e e a carga elétrica elementar, podemos escrever:

Q = n . e

Observação

No caso dos condutores iônicos, participam da corrente elétrica tanto portadores de cargas positivas (cátions) como negativas (ânions). O valor absoluto Q da carga elétrica que atravessa uma secção transversal do condutor, num certo intervalo de tempo Dt, é dado pela soma dos valores absolutos das cargas elétricas dos cátions e ânions.

Q = |Qcátions| + |Qânions|

Exercícios Propostos

1. O condutor representado na figura é atravessado em sua área de seção A por uma quantidade de carga Q.

O comprimento do condutor é  e o intervalo de tempo para a travessia dessa seção é t.

A expressão que fornece a intensidade média de corrente elétrica (i) nesse condutor é dada por:

a) i = Q . A

b) 

c) 

d) i = Q . A . t

e) i = Q . t

2. (CESUPA-PA-MODELO ENEM) – A unidade física de carga elétrica coulomb (C), da maneira como foi definida, representa uma grande quantidade de carga. Para verificar isso, leia os seguintes dados nos quais valores médios são fornecidos: uma descarga elétrica na atmosfera (raio) conduz uma corrente em torno de 50 000A. Esta corrente é unidirecional e tem uma duração total em torno de 2,0 . 10^–4s. Qual das alternativas corresponde à carga total deslocada durante a descarga?

Um raio sobe ou desce?!

As descargas elétricas (raios) em um dia de tempestade podem seguir vários caminhos. Podemos ter descargas nuvem/solo, solo/nuvem, internuvem e intranuvem.

Descarga nuvem solo: Este tipo de descarga é bastante frequente e seu caminho de descida muito tortuoso. Essa descarga é denominada “líder" e busca caminhos condutores entre a nuvem e o solo.

Descarga solo/nuvem: É um tipo mais raro de descarga elétrica.

De modo geral, acontece a partir de regiões muito elevadas como grandes antenas, topo de montanhas e grandes edifícios.

Descarga nuvem/nuvem: Ocorre entre duas nuvens carregadas (internuvem) ou mesmo dentro de uma única nuvem (intranuvem). Os raios intranuvem são os mais frequentes. Os deslocamentos de cargas ocorrem exclusivamente no céu, sem contato com o solo.

Consideremos uma descarga nuvem/solo em que a intensidade média de corrente elétrica é da ordem de 6,0 . 10⁴A e sua duração em torno de 2,0 . 10^–4s.

A carga total deslocada na descarga é de:

a) 2,0C

b) 6,0C

c) 12,0C

d) 24,0C

e) 60,0C

3. (EFOMM-2016) – Por uma seção transversal de um fio cilíndrico de cobre passam, a cada hora, 9,00 . 10²² elétrons. O valor aproximado da corrente elétrica média no fio, em amperes, é Dado: carga elementar e = 1,60 . 10^–19C.

a) 14,4

b) 12,0

c) 9,00

d) 4,00

e) 1,20

Gabarito

1. RESOLUÇÃO

A expressão que fornece a intensidade média de corrente elétrica é:

Resposta: C

 

2. RESOLUÇÃO:

A intensidade média de corrente elétrica na descarga é dada por:

6,0 . 10⁴ = 

Q = 5,0 . 10⁴ . 2,0 . 10^–4(C)

Q = 12,0C

Resposta: C

 

3. RESOLUÇÃO:

mas Q = ne então:

i = 4,00A

Resposta: D