CORRENTE ELÉTRICA & CARGA ELÉTRICA

 

A corrente elétrica é um dos conceitos mais fundamentais da eletricidade e da física, sendo a base para o funcionamento de praticamente todos os dispositivos eletrônicos e sistemas de energia que utilizamos. Ela representa o fluxo ordenado de cargas elétricas através de um material condutor.

O Que é Corrente Elétrica?

Imagine um rio. A correnteza do rio é o fluxo de água de um ponto para outro. De forma análoga, em um material condutor (como um fio de cobre), a corrente elétrica é o fluxo de cargas elétricas (geralmente elétrons livres) que se movem de forma organizada em uma direção específica.

Para que esse movimento ocorra, é necessário que exista uma diferença de potencial elétrico (ou tensão) entre as extremidades do condutor. Essa diferença de potencial atua como uma "força" que empurra as cargas elétricas, fazendo com que se desloquem.

A unidade de medida da corrente elétrica no Sistema Internacional (SI) é o Ampere (A), em homenagem ao físico francês André-Marie Ampère. 

Um Ampere significa que uma quantidade de carga de 1 Coulomb está passando por um ponto do condutor a cada 1 segundo.

A Fórmula da Corrente Elétrica: $I=Q/t$

A intensidade da corrente elétrica (I) pode ser calculada pela relação entre a quantidade de carga elétrica ($Q$) que atravessa uma seção transversal do condutor e o intervalo de tempo ($t$) em que essa carga passa.

• I: Intensidade da Corrente Elétrica (medida em Ampere, A)

• Q: Quantidade de Carga Elétrica (medida em Coulomb, C)

• t: Intervalo de Tempo (medido em segundos, s)

Essa fórmula nos diz o quão rápido as cargas estão se movendo através do material. Quanto mais carga passa em menos tempo, maior a corrente.

O Que é Carga Elétrica (Q)? 

A carga elétrica ($Q$) é uma propriedade fundamental das partículas subatômicas, como elétrons e prótons. Ela pode ser positiva (prótons) ou negativa (elétrons). Em um condutor metálico, o movimento da corrente elétrica é predominantemente devido ao deslocamento dos elétrons livres, que possuem carga negativa.

A carga elétrica é "quantizada", o que significa que ela sempre existe em múltiplos de uma quantidade mínima indivisível, chamada carga elétrica elementar ($e$). Essa carga elementar é a magnitude da carga de um único elétron (ou próton) e seu valor aproximado é:

• $e\approx 1,6\times 10^{-19}$ Coulombs (C)

Portanto, a carga elétrica total (Q) que atravessa um condutor é o produto do número de elétrons ($n$) que passam por ele pela carga elementar ($e$) de cada elétron:

• $Q=n\cdot e$

  • n: número de elétrons (ou portadores de carga)

  • e: carga elementar (carga de um elétron ou próton)

Substituindo essa relação na fórmula da corrente elétrica, podemos expressar a corrente em termos do número de elétrons que passam por unidade de tempo:

Exemplos de Corrente Elétrica no Dia a Dia

A corrente elétrica é onipresente em nosso cotidiano. Veja alguns exemplos:

• Ligar uma lâmpada: Quando você acende a luz, está permitindo que uma corrente elétrica flua através do filamento da lâmpada, aquecendo-o e produzindo luz.

• Carregar o celular: O carregador do seu celular transforma a corrente da tomada em um tipo de corrente adequado para carregar a bateria do aparelho.

• Aparelhos domésticos: Geladeiras, televisores, máquinas de lavar – todos esses eletrodomésticos funcionam devido à passagem de corrente elétrica em seus circuitos internos.

• Pilhas e baterias: Geram corrente contínua (CC), onde as cargas fluem em um único sentido, ideal para dispositivos portáteis.

• Tomadas elétricas: Fornecem corrente alternada (CA), onde o sentido do fluxo das cargas se inverte periodicamente, sendo a forma de energia distribuída em residências e indústrias.

A compreensão da corrente elétrica é essencial não só para a física, mas para entender como a energia é gerada, transmitida e utilizada para alimentar o nosso mundo.

O Sentido da Corrente Elétrica: Uma Convenção Importante

Quando estudamos a corrente elétrica, é fundamental entender que existem duas formas de considerar seu "sentido":

1. Sentido Real (ou Eletrônico):

   • Este é o sentido do movimento dos elétrons livres no material condutor.

   • Como os elétrons possuem carga negativa, eles são repelidos pelo polo negativo do gerador (ou fonte de tensão) e atraídos pelo polo positivo.

   • Portanto, o sentido real da corrente é do potencial elétrico menor (polo negativo) para o potencial elétrico maior (polo positivo).

   • É o que de fato acontece em condutores metálicos.

2. Sentido Convencional:

   • Historicamente, antes da descoberta dos elétrons e da compreensão de que as cargas negativas eram as principais responsáveis pela corrente em metais, os cientistas definiram o sentido da corrente como o sentido do fluxo de cargas positivas.

   • Assim, o sentido convencional da corrente é do potencial elétrico maior (polo positivo) para o potencial elétrico menor (polo negativo).

   • Importante: Apesar do sentido real ser o movimento dos elétrons, a vasta maioria dos estudos, livros e aplicações práticas em eletricidade e eletrônica adota o sentido convencional. Isso é uma convenção para facilitar a análise e o cálculo de circuitos. Imagine que estamos seguindo o sentido em que uma carga positiva "hipotética" se moveria.

Efeito Joule: A Transformação da Energia Elétrica em Calor

O Efeito Joule, também conhecido como efeito térmico da corrente elétrica, é um fenômeno físico em que a energia elétrica é convertida em energia térmica (calor) quando uma corrente elétrica atravessa um material condutor.

Como Acontece?

Para entender o Efeito Joule, é preciso lembrar que, em um condutor, as cargas elétricas (geralmente elétrons livres) se movem, mas não em um caminho totalmente livre. Elas estão constantemente colidindo com os átomos e íons da estrutura cristalina do material.

Cada uma dessas colisões transfere energia cinética dos elétrons para os átomos do condutor. Essa energia transferida faz com que os átomos vibrem com maior intensidade. O aumento na vibração e agitação molecular do material é percebido como um aumento de temperatura, ou seja, como calor.

Exemplos e Aplicações do Efeito Joule no Dia a Dia:

O Efeito Joule é amplamente utilizado em diversos dispositivos que dependem da geração de calor:

• Chuveiro elétrico: A resistência interna do chuveiro aquece a água quando a corrente elétrica passa por ela.

• Ferro de passar roupa: Uma resistência elétrica dentro do ferro aquece sua base, permitindo alisar as roupas.

• Torradeira elétrica: Fios de resistência no interior da torradeira aquecem o pão.

• Aquecedores elétricos: Utilizam resistências para aquecer o ar do ambiente.

• Lâmpadas incandescentes: O filamento de tungstênio dentro da lâmpada é aquecido pela corrente elétrica até ficar incandescente e emitir luz (embora sejam ineficientes por dissiparem muita energia como calor).

• Fusíveis e disjuntores: Esses dispositivos de segurança usam o Efeito Joule para proteger circuitos. Se a corrente se torna muito alta, o fusível aquece e "queima" (derrete), interrompendo o circuito, ou o disjuntor "desarma" por aquecimento, protegendo o equipamento e a instalação.

Entender o Efeito Joule é crucial para o design de circuitos e para a eficiência energética, pois em muitas aplicações (como a transmissão de energia), o calor gerado é uma perda de energia que se busca minimizar.

link para o vídeo  https://youtu.be/-XANJtbANBU

EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO

1.Uma corrente elétrica de intensidade 10 A é mantida em um condutor durante 4 min. Determine, para esse intervalo de tempo:( carga elementar 1,6 x10^-19 C)

a.            a carga elétrica que atravessa a seção do condutor.

b.            o número de elétronss que atravessa a referida seção.

 link para resolução  Link https://youtu.be/qdcyzIbm678

EXERCÍCIOS PROPOSTOS

1.CEFET MG  Em um circuito de corrente contínua, utiliza-se um fio de cobre com diâmetro 1,6 mm e 8,4 x 10²² elétrons livres por cm³. Ao se ligar o circuito, a corrente de 10A, produzida quase instantaneamente, resulta do movimento dos elétrons livres com uma velocidade, em m/s, na ordem de 

a (   )      10¹².

b (   )      10⁸.

c (   )       10⁴.

d (   )      10^-2.

e (   )      10^-4.

link para resolução  https://youtu.be/9DKoY-9qbqI

2.UNICAMP Tecnologias móveis como celulares e tablets têm tempo de autonomia limitado pela carga armazenada em suas baterias. O gráfico a seguir apresenta, de forma simplificada, a corrente de recarga de uma célula de bateria de íon de lítio, em função do tempo.

Considere uma célula de bateria inicialmente descarregada e que é carregada seguindo essa curva de corrente. A sua carga no final da recarga é de

 

a) 3,3 C.

b) 11.880 C.

c) 1.200 C. 

d) 3.300 C.

link para resolução https://youtu.be/XDQvt2bASN8

3.ENEM Carros elétricos estão cada vez mais baratos, no entanto, os órgãos governamentais e a indústria se preocupam com o tempo de recarga das baterias, que é muito mais  lento quando comparado ao tempo gasto para encher o tanque de combustível. Portanto, os usuários de transporte individual precisam se conscientizar dos ganhos ambientais dessa mudança e planejar com antecedência seus percursos, pensando em pausas necessárias para recargas.

Após realizar um percurso de 110km, um motorista pretende recarregar as baterias de seu carro elétrico, que tem um desempenho médio de 5,0 km/kWh, usando um carregador ideal que opera a uma tensão de 220 V e é percorrido por uma corrente de 20 A

Quantas horas são necessárias para recarregar a energia utilizadas nesse percurso?

A) 0,05

B) 0,125.

C) 2,5

D) 5,0

E) 8,0

link para resolução  https://youtu.be/zn5rnHIFzKw

4.CEFET Uma ocorrência bastante comum, principalmente em locais de clima seco, é o pequeno choque elétrico sofrido por pessoas no momento de abrir a porta de um carro. Esse fenômeno é provocado pelo toque na parte metálica do automóvel que sofreu uma eletrização decorrente do atrito com o ar durante o deslocamento do veículo.

Nesse contexto, o choque elétrico acontece porque

A) as cargas elétricas escoam pelo passageiro no contato com o solo.

B) o ar seco é um bom condutor elétrico ao contrário da pele humana.

C) o automóvel perde cargas positivas, ficando eletrizado negativamente.

D) as cargas em excesso se acumulam no interior da carcaça do automóvel.

link para a resolução https://youtu.be/KOUq-fSBqQE

5.CEFET MG  Em um circuito de corrente contínua, utiliza-se um fio de cobre com diâmetro 1,6 mm e 8,4 x 10²² elétrons livres por cm³. Ao se ligar o circuito, a corrente de 10A, produzida quase instantaneamente, resulta do movimento dos elétrons livres com uma velocidade, em m/s, na ordem de 

A.   10¹².B.   10⁸.C.   10⁴.D.   10^-2.E.   10^-4.

link para a resolução https://youtu.be/BwZAJUmHu2k

RESPOSTAS

EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO

A.2,4KC B.1,5x10²² elétrons

EXERCÍCIOS PROPOSTOS

1.E    2.B    3.D    4.A    5.E