Texto: Eletricidade

Eletricidade

 

Eletrodinâmica 

 

Histórico 

Por volta de 600 a. C., na Grécia, Tales de Mileto registrou que uma pedra de âmbar, elektron em grego, atraía pequenos objetos após ter sido atritada com lã. Daí surgiu o nome eletricidade que, durante séculos, foi apenas uma curiosidade que não se sabia explicar. 

 

No início do século XVIII, na França, Charles François de Cisternay du Fay percebeu que o vidro, sob certas condições, também apresentava eletricidade. Notou também que vidro com vidro, quando eletrizados, se repeliam, assim como âmbar com âmbar; porém, âmbar e vidro se atraiam. Concluiu então que existiam dois tipos distintos de eletricidade: vítrea e resinosa. Na mesma época, na América do Norte, Benjamim Franklin, aparentemente sem conhecer os trabalhos de du Fay, propôs a existência de um fluido que seria o responsável pela eletricidade. Quando na quantidade correta, o material não teria eletricidade; entretanto, as resinas atritadas com lã perderiam este fluido, ficando eletrizadas por ter fluidos de menos; já o vidro ganharia fluido, ficando eletrizado por ter fluido de mais. Daí se nomeia a carga vítrea de positiva (mais fluido), e a resinosa de negativa (menos fluido). Somente a partir do século XX, com o conhecimento das partículas atômicas, pudemos então compreender a verdadeira natureza da eletricidade. Hoje sabemos que ela é uma propriedade intrínseca da matéria, sendo que cada elétron possui uma quantidade de carga negativa e cada próton tem a mesma quantidade de carga positiva. 

 

Conceitos Básicos 

Carga Elétrica (Q) 

Todo átomo é eletricamente neutro, apresentando quantidades iguais de prótons (+) e elétrons (-). Se a quantidade de elétrons for alterada (alterar a quantidade de prótons é algo muito difícil de ser feito), teremos uma estrutura dotada de carga elétrica, o íon. 

 

Se um corpo neutro perde elétrons => Carga positiva. 

 

Se ganha elétrons => Carga negativa. 

 

Unidade de carga elétrica 

Em homenagem ao físico Francês Charles Augustin de Coulomb, que descobriu a lei que leva seu nome (referente à interação entre cargas elétricas), a carga elétrica é medida em coulomb (C), equivalente à carga somada de 6,25 x 1018 elétrons. 

 

 

Carga Elementar (e) 

Andrews Millikan, em 1911, a partir da famosa experimentação da gota de óleo, que veremos em Física moderna, descobriu que a carga de um elétron (e) equivale a 1,6 x 10-19 C. Por ser a menor carga elétrica encontrada na natureza, ela recebeu o nome de carga elementar (e). 

 

 

Cálculo da Quantidade de Carga (Q) 

Se a carga de um elétron é e, um corpo que tenha ganhado ou perdido n elétrons terá carga total Q

Q n.e 

Observe que toda quantidade de carga será um múltiplo de e. Quando isso acontece, dizemos que a grandeza em questão é quantizada.

 

 

Grandeza quantizada 

É toda grandeza que apresenta uma quantidade mínima indivisível; logo, seus valores serão múltiplos desse valor mínimo. 

 

 

Tensão (U ou V) ou Diferença de Potencial (ddp) 

Para que uma carga elétrica possa se movimentar de um ponto a outro dentro de um condutor, é necessária a existência de uma diferença de potencial entre os dois pontos. De modo semelhante à água, que só flui se existir um declive, as cargas só se movimentam se houver uma tensão. Alguma fonte de tensão, um gerador, deve fornecer às cargas a energia necessária para se movimentar 

 

 

Geradores 

E = Energia fornecida à carga pelo gerador; 

Q = Quantidade de carga que recebeu a energia. 

 

Unidade: No SIU, mede-se energia em joules e carga, em coulombs; portanto, a unidade de tensão é J/C, que se chama volt (V). 

 

Ao se dizer que uma pilha apresenta tensão de 1,5 V, isso significa que cada coulomb de carga que a atravessa sai de lá transportando 1,5 J de energia. 

 

Corrente Elétrica (i ou I) 

Na língua portuguesa, a palavra corrente serve para designar o movimento ordenado de alguma coisa; por conseguinte, corrente elétrica é o movimento ordenado de cargas elétricas. Como na prática esse movimento pode ocorrer em qualquer sentido, dependendo do condutor utilizado, foi estabelecido em convenção que o sentido da corrente elétrica será coincidente com o movimento das cargas positivas, reais ou supostas, ou seja, a corrente elétrica convencional, independentemente do tipo de carga que se desloca, sempre vai do positivo do gerador para o negativo. A velocidade com que se desloca um elétron dentro de um condutor metálico é bastante reduzida, sendo da ordem de 1 mm/s para baixas tensões; apesar desse fato, a corrente elétrica é extremamente rápida, chegando a uma velocidade da ordem de um terço da luz. Isso acontece porque o movimento dos elétrons dentro do condutor é praticamente simultâneo – eles se deslocam todos ao mesmo tempo. 

 

Condutores 

Para obter corrente elétrica, o primeiro pré-requisito é a existência de um material que permita o movimento das cargas dentro de si — tal material é chamado de condutor. Sob certas condições que serão discutidas mais tarde em Eletrostática, qualquer material pode ser condutor, mas existem aqueles que conduzem em qualquer situação, os quais nos interessam agora e podem ser divididos em três grandes grupos: 

 

1ª espécie => metais => transportam elétrons; 

2ª espécie => soluções iônicas => transportam íons; 

3ª espécie => gases rarefeitos => transportam íons e elétrons. 

 

Os materiais que não permitem a passagem de corrente elétrica são chamados de isolantes ou dielétricos. 

 

Intensidade de Corrente 

A intensidade de corrente elétrica que percorre um condutor é definida pela quantidade de carga que o atravessa na unidade de tempo.

Os jovens costumam isolar a carga para ficar mais fácil de memorizar, Q it.Δ (Kit). 

 

No SIU, mede-se carga em coulombs e tempo em segundos; portanto, a corrente elétrica é medida em C/s, grandeza essa chamada de ampère (A). 

 

 

O agente portador da carga elétrica pode ser diferente conforme o condutor utilizado, mas, por convenção, sempre se considera que o sentido da corrente é do terminal positivo para o negativo. 

 

Exercícios Resolvidos 

1. (UFPE) Suponha que o feixe de elétrons em um tubo de imagens de televisão tenha um fluxo de 8,1 x 1015 elétrons por segundo. Qual a corrente do feixe em unidades de 10-4A? 

 

a) 13 

b) 15 

c) 17 

d) 19 

e) 23 

 

Resolução 

 

 

Resposta A 

 

2. (UFSM-RS) Uma lâmpada permanece acesa durante cinco minutos por efeito de uma corrente de 2A, fornecida por uma bateria. Nesse intervalo de tempo, a carga total (em C) liberada pela bateria é: 

 

a) 0,4. 

b) 2,5. 

c) 10. 

d) 150. 

e) 600. 

 

Resolução 

 

 

Resposta E 

 

 

Em Resumo 

Para obter uma corrente elétrica, devemos providenciar: 

 

  • Um condutor; 
 
  • Uma fonte de tensão. 
 

A corrente convencional vai do positivo para o negativo do gerador. 

Para quem está tendo um primeiro contato com a eletricidade, as grandezas pouco usuais podem gerar alguma confusão por falta de intimidade com elas. Sendo assim, na resolução de exercícios, pode-se deixar bem visível uma tabela com as grandezas novas.

 

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