Eletricidade: Eletrodinâmica

E DA NOITE FAZ-SE DIA Elétrons correndo por fios são os responsáveis pela energia que ilumina o centro de Tóquio

O que faz os elétrons se moverem

A eletrodinâmica é o campo da física que estuda os fenômenos relacionados às causas e aos efeitos do movimento das cargas num circuito elétrico. Todos os aparelhos elétricos contêm circuitos, cujo funcionamento é baseado em aplicações das leis da eletrodinâmica.

Circuito elétrico

No interior de um condutor retilíneo metálico, os elétrons livres movimentam-se de um lado para o outro, de maneira caótica:

Mas, se for organizado, o movimento dos elétrons pode ser muito útil. Se os elétrons se moverem num mesmo sentido, o movimento pode gerar energia elétrica. Para que os elétrons se desloquem de maneira ordenada, o condutor deve ter um campo elétrico aplicado – por exemplo, conectando uma pilha a suas extremidades:

Campo elétrico: Numa região em que atua um campo elétrico, partículas ficam sujeitas à ação de uma força elétrica.

Tensão ou voltagem

Pilhas e baterias contêm substâncias químicas. A tensão (ou voltagem) imposta ao circuito por uma pilha ou bateria é a medida da sua capacidade de transformar a energia química das moléculas das substâncias que elas contêm em energia elétrica.

Componentes que fornecem energia elétrica ao circuito, como pilhas e baterias, são chamados geradores. Um gerador conectado às extremidades de um circuito elétrico submete o circuito a uma diferença de potencial, também chamada de tensão ou voltagem. É essa tensão entre as extremidades do circuito que gera o movimento ordenado dos elétrons. Ou seja, acorrente elétrica se estabelece a partir da diferença de potencial entre dois pontos.

No S.I., a tensão de um gerador é medida em volts (V). Um volt equivale a 1 joule por coulomb. Ou seja, 1 V de tensão gera 1 J de energia a cada coulomb de carga elétrica (1 V = J/C).

A representação gráfica de um gerador num circuito é:

Corrente elétrica

Corrente elétrica é a quantidade de carga elétrica que atravessa uma seção reta de um condutor por determinada unidade de tempo. Matematicamente:

→ i é a corrente, medida em ampère (A). E um ampère é igual a 1 C/s;

→ ΔQ é a quantidade de carga elétrica, em coulomb (C);

→ Δt é a unidade de tempo, em segundos.

Pilhas e baterias são componentes que fornecem tensão contínua (constante) – ou seja, seus polos positivo e negativo nunca se invertem. Por isso, os elétrons viajam numa corrente contínua, sempre no mesmo sentido.

Já a rede elétrica que leva eletricidade às casas tem tensão alternada: a polaridade é constantemente trocada de positivo para negativo. Na tensão alternada, a corrente também é alternada: os elétrons ora caminham para a frente, ora para trás.

Resistência elétrica

Num circuito elétrico, os elétrons livres em movimento “esbarram” em componentes que se opõem a seu movimento. É a resistência elétrica (R). Quanto maior for a resistência elétrica de um componente, maior será a oposição que esse componente oferece à passagem da corrente. A unidade de medida da resistência elétrica é o ohm (Ω).

Resistência elétrica: A resistência elétrica de um componente é a medida do grau de dificuldade oferecido à passagem de corrente elétrica quando o componente é submetido a uma diferença de potencial.

O filamento no interior de uma lâmpada incandescente é um resistor. A colisão dos elétrons com esse resistor gera luz e calor. Como o que queremos de uma lâmpada é a energia luminosa, o efeito Joule, significa perda de energia na forma de calor.

Nos chuveiros elétricos, o efeito Joule é bem-vindo. O resistor (que, no dia a dia, chamamos de resistência do chuveiro) transforma a energia elétrica em energia térmica, que aquece a água.

Resistor é qualquer dispositivo elétrico que ofereça resistência à passagem da corrente. Esta é a representação gráfica de um resistor num circuito elétrico:

Quando é atravessado por uma corrente elétrica, o resistor converte energia elétrica em energia térmica. Esse fenômeno é o efeito Joule.

O SENTIDO DA CORRENTE A corrente elétrica tem sempre o sentido do movimento dos elétrons, do polo negativo para o positivo do gerador. Mas, por convenção, trabalha-se com o conceito de corrente convencional. Nela, o sentido indicado para a corrente é sempre oposto ao do movimento dos elétrons.

O sentido convencional da corrente elétrica (i) que atravessa um gerador é indicado do polo negativo para o positivo.