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Corrente elétrica: diferenças entre revisões

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{{Eletromagnetismo}}
'''Corrente elétrica''' é o [[fluxo]] ordenado de partículas [[portadores de carga|portadoras]] de [[carga elétrica]] ou o deslocamento de cargas dentro de um condutor, quando existe uma diferença de potencial elétrico entre as extremidades. Tal deslocamento procura restabelecer o equilíbrio desfeito pela ação de um campo elétrico ou outros meios (reações químicas, atrito, luz, etc.).<ref name="IE1">CREDER, Hélio. Instalações Elétricas. 10ª ed. São Paulo: Livros Técnicos e Científicos Editora Ltda., 1989, p.17</ref>
 
Microscopicamente, as cargas livres estão em movimento aleatório devido à agitação térmica. Apesar desse movimento desordenado, ao estabelecermos um campo elétrico na região das cargas, verifica-se um movimento ordenado que se apresenta superposto ao primeiro. Esse movimento recebe o nome de [[ Abatimento|movimento de deriva]] das cargas livres.
 
[[Relâmpago|Raios]] são exemplos de corrente elétrica, bem como o [[vento solar]], porém a mais conhecida, provavelmente, é a do fluxo de {{PBPE2|[[elétrons]]|[[eletrões]]}} através de um [[condutor elétrico]], geralmente [[metal|metálico]].
'''Corrente elétrica''' é uma quantidade de cargas elétricas movendo-se de forma ordenada através de um condutor, em consequência de uma diferença de potencial elétrico (ddp) aplicada sob o condutor. Dessa forma, sempre que houver um fluxo de carga, em um condutor, considera-se que há uma corrente elétrica.
 
Matematicamente,A aintensidade da corrente elétrica podeé ser expressadefinida como partículasa carregadasrazão movendo-seentre perpendicularmenteo à superfíciemódulo deda área Aquantidade de umacarga seção''ΔQ'' transversalque deatravessa umcerta fiosecção condutor,transversal por(corte exemplo.feito Aao correntelongo éda definida,menor quantitativamente, como a razãodimensão de cargasum elétricascorpo) quedo flui através dessa superfície transversalcondutor em um intervalo de tempo ''Δt''.
 
:<math>I = \lim_{\Delta t \to 0} \frac {|\Delta Q|}{\Delta t} = \frac {dQ}{dt}</math>
 
A unidade padrão no [[Sistema Internacional de Unidades|SI]] para medida de intensidade de corrente é o [[ampère]] (A). A corrente elétrica é também chamada informalmente de ''amperagem''. Embora seja um termo válido na linguagem coloquial, a maioria dos engenheiros eletricistas repudia o seu uso por confundir a [[grandeza física]] (corrente eléctrica) com a unidade que a medirá (ampère). A corrente elétrica, designada por '''I''' , é o fluxo das cargas de condução dentro de um material. A intensidade da corrente é a taxa de transferência da carga, igual à carga transferida durante um intervalo infinitesimal dividida pelo tempo.
Onde <math>\Delta Q</math> é a quantidade de carga que flui pelo fio condutor (através da superfície de área A); num intervalo de tempo ''Δt.'' Contudo, a corrente elétrica é definida pela proporcionalidade entre essas duas grandezas.
 
== Conceito de corrente elétrica ==▼
'''Corrente instantânea <math>I</math>'''
Denominamos corrente elétrica a todo movimento ordenado de partículas eletrizadas. Para que esses movimentos ocorram é necessário haver tais partículas − íons ou elétrons − livres no interior dos corpos.
 
Corpos que possuem partículas eletrizadas livres em quantidades razoáveis são denominados condutores, pois essa característica permite estabelecer corrente elétrica em seu interior.
A corrente relaciona a quantidade de carga que flui em uma superfície condutora, variando em um intervalo de tempo. Desse modo, a corrente instantânea <math>I</math> pode ser representada como um limite diferencial da corrente elétrica.
 
Nos metais existe grande quantidade de elétrons livres, em movimento desordenado. Quando se cria, de alguma maneira, um campo elétrico (<math>\vec E</math>) no interior de um corpo metálico, esses movimentos passam a ser ordenados no sentido oposto ao do vetor campo elétrico (<math>\vec E</math>), constituindo a '''corrente elétrica'''.
: <math>I = \lim_{\Delta t \to 0} \frac {|\Delta Q|}{\Delta t} = \frac {dQ}{dt}</math>
: A unidade medida no sistema internacional [[Sistema Internacional de Unidades|SI]] para a corrente é expressa em [[ampère]] (A), desse modo
: <math>[I]= 1C/s=1A</math>▼
 
Nas soluções eletrolíticas existe grande quantidade de cátions e ânions livres, em movimento é desordenado. Quando se cria, de alguma maneira, um campo elétrico (<math>\vec E</math>) no interior de uma solução eletrolítica, esses movimentos passam a ser ordenados: o movimento dos cátions, no sentido do vetor campo elétrico (<math>\vec E</math>), e o dos ânions, no sentido oposto. Essa ordenação constitui a corrente elétrica.
▲== Conceito de corrente elétrica ==
Um gerador elétrico possui dois terminais A e B, cujo o objetivo principal é manter uma diferença de potencial elétrico (ddp) entre esses dois terminais. Suponha que ligado a esses pólos, positivo A e negativo B, está conectado um fio condutor metálico em equilíbrio eletrostático. Inicialmente, quando o condutor está isento da aplicação de ddp o movimento aleatório, isto é, movimento caótico das partículas constituintes do condutor está relacionado com a temperatura normal do fio metálico. Portanto, no condutor metálico existem partículas se deslocando de forma incessante e colidindo com os átomos do condutor desordenadamente.
 
Nos gases ionizados existe grande quantidade de cátions e elétrons livres, em movimento desordenado. Quando se cria, de alguma maneira, um campo elétrico (<math>\vec E</math>) no interior de um gás ionizado, esses movimentos passam a ser ordenados: o movimento dos cátions, no sentido do vetor campo elétrico (<math>\vec E</math>), e o dos elétrons, no sentido oposto. Essa ordenação constitui a corrente elétrica.
Entretanto, quando esse sistema é acometido a uma diferença de potencial elétrico, definida por <math>V_a-V_b</math>, é produzido no condutor o campo elétrico <math>\vec{E}</math> orientado de <math>V_b</math> para <math>V_a</math>. Sob influência do campo elétrico produzido, cada elétron livre presente no condutor estará submetido a uma força elétrica <math>\vec{F}=q\vec{E}</math>. Nesse momento, sob ação da força elétrica em consequência do campo elétrico produzido, os elétrons livres adquirem movimento ordenado com velocidade média, direção e sentido da força elétrica.
 
Uma propriedade importante a ser ressaltada é que em qualquer ponto do condutor metálico a corrente elétrica sempre será a mesma.[[Ficheiro:Current rectification diagram.png|right|200px|thumb|left|Tipos de corrente contínua]]▼
Contudo, por mais que ainda haja no condutor colisões entre partículas e os átomos constituintes do fio metálico, pelo fato da aplicação de ddp e consequentes formação de campo elétrico, a força elétrica se superpõe ao movimento caótico tornando o deslocamento das partículas ordenados. Princípio este que define o conceito de corrente elétrica.
Com a finalidade de facilitar o estudo das leis que regem os fenômenos ligados às correntes elétricas, costumamos adotar um '''sentido convencional''' para a corrente elétrica,<ref name=norm> NORMANDO, Célio; VASCONCELOS, Vasco. [http://webcache.googleusercontent.com/search?q=cache:UWWGAb6RTXEJ:www2.fct.unesp.br/docentes/dfqb/celso/MatematFisIII/introducao_estudo_eletrodinamica.ppt+&cd=2&hl=pt-BR&ct=clnk&gl=br Introdução ao estudo da eletrodinâmica]</ref> coincidente com o sentido do vetor campo elétrico (<math>\vec E</math>) que a produziu.
 
Consequentemente, esse sentido será o mesmo do movimento das partículas eletrizadas positivamente e oposto ao das partículas eletrizadas negativamente.
▲Uma propriedade importante a ser ressaltada é que em qualquer ponto do condutor metálico a corrente elétrica sempre será a mesma.[[Ficheiro:Current rectification diagram.png|right|200px|thumb|left|Tipos de corrente contínua]]
 
===Corrente contínua===
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== Sentido da corrente ==
== Deslocamento e tipos de partículas ==
[[Image:Electromagnetism.svg|140px|thumb|right|De acordo com a [[lei de Ampère]], uma corrente elétrica produz um [[campo magnético]].]]
As partículas que passam pela superfície transversal de área A, não necessariamente são elétrons, podendo ser carregadas positiva ou negativamente, ou também é possível haver dois ou mais tipos de partículas se deslocando com os dois sinais no fluxo de cargas elétricas.
No início da história da [[eletricidade]] definiu-se o [[sentido (matemática)|sentido]] da corrente elétrica como sendo o sentido do fluxo de [[carga elétrica|cargas positivas]],<ref name="UOLEDU">{{citar web|url=http://educacao.uol.com.br/fisica/corrente-eletrica-o-movimento-ordenado-de-eletrons-em-condutores.jhtm|título=Corrente elétrica: o movimento ordenado de elétrons em condutores|autor=BÍSQUOLO, Paulo Augusto|publicado=UOL Educação, 30 de março de 2006|acessodata=31 de outubro de 2015}}</ref> ou seja, as cargas que se movimentam do pólo positivo para o pólo negativo. Naquele tempo nada se conhecia sobre a estrutura dos [[átomos]]. Não se imaginava que em condutores sólidos as cargas positivas estão fortemente ligadas aos núcleos dos átomos e, portanto, não pode haver fluxo macroscópico de cargas positivas em condutores sólidos. No entanto, quando a [[física]] subatômica estabeleceu esse fato, o conceito anterior já estava arraigado e era amplamente utilizado em cálculos e representações para [[análise de circuitos]].
Esse sentido continua a ser utilizado até os dias de hoje e é chamado '''sentido convencional''' da corrente.
 
Em qualquer tipo de condutor, este é o sentido contrário ao fluxo líquido das [[carga elétrica|cargas negativas]] ou o sentido do [[campo elétrico]] estabelecido no condutor. Na prática qualquer corrente elétrica pode ser representada por um fluxo de portadores positivos sem que disso decorram erros de cálculo ou quaisquer problemas práticos.
O sentido e, portanto, o movimento da corrente depende tanto do condutor como da carga que constitui o fluxo que passa pela área A transversal. Generalizando, o sentido da corrente é definida pelo movimento da carga positiva, independente do sinal das partículas presentes carregadas no fluxo. É importante salientar que a corrente não é um vetor, apesar de se fazer menção ao seu sentido quando se fala do campo elétrico <math>\vec{E}</math> provocado em consequência de um diferença de potencial.
 
O '''sentido real''' da corrente elétrica depende da natureza do [[condutor elétrico|condutor]].
Por exemplo, em condutores metálicos, como o cobre ou alumínio, a corrente resulta do movimento dos elétrons carregados negativamente. Daí em a definição de portadores de carga, os metais condutores elétricos mencionados anteriormente possuem como portadores de carga os elétrons. Feixes de prótons, possuem como portador de carga elétrico o próton.
 
A corrente elétrica não é exclusividade dos meios [[sólidos]] - ela pode ocorrer também nos [[gases]] e nos [[líquidos]].
soma de cargas positivas e negativas.
Nos sólidos, as cargas cujo fluxo constitui a [[sentido da corrente elétrica|corrente real]] são os [[elétron livre|elétrons livres]]. Nos líquidos, os portadores de corrente são [[íon]]s positivos e íons negativos. Nos gases, são íons positivos, íons negativos e [[elétron]]s livres. A corrente elétrica que se estabelece nos condutores eletrolíticos e nos condutores gasosos (como a que surge em uma [[lâmpada fluorescente]]) é denominada '''corrente iônica'''.<ref name=norm />
 
O sentido real é o sentido do [[movimento de deriva]] das cargas elétricas livres (portadores). Esse movimento se dá no sentido contrário ao do [[campo elétrico]] se os portadores forem negativos (caso dos condutores metálicos), e no mesmo sentido do campo, se os portadores forem positivos. Mas existem casos em que verificamos cargas se movimentando nos dois sentidos. Isso acontece quando o condutor apresenta os dois tipos de cargas livres (condutores iônicos, por exemplo).
== Carga total e velocidade de deriva ==
[[File:Transf de cargas.png|thumb|right|300px|Fio metálico a conduzir uma corrente '''I''' de '''B''' para '''A'''.]]Esses parâmetros nos permite relacionar o comportamento da corrente elétrica indo do macroscópico e as implicações microscópicas como o movimento das partículas carregadas.
 
Nesses casos, não são só os portadores de carga negativa que entram em movimento, mas também os portadores de carga positiva: os íons também entram em movimento.
Suponha que o volume do segmento do fio condutor de comprimento <math>\Delta_x</math> seja igual a <math>A\Delta_x</math>. E que <math>n</math> represente o número de portadores de cargas móveis por volume unitário, esse número é representado pela seguinte relação <math>nA\Delta_x</math>. Contudo, a carga total <math>\Delta Q</math> nesse segmento transversal de área A equivale a
Por exemplo: se, numa [[solução iônica]], são colocados dois [[eletrodo]]s ligados a uma [[Bateria (energia)|bateria]], um eletrodo adquire carga positiva, e outro, carga negativa. Com isso, o movimento dos íons negativos e dos elétrons se dará no sentido do eletrodo positivo, enquanto o movimento dos íons positivos ocorrerá no sentido do eletrodo negativo.
 
O mesmo ocorre em meio gasoso, no caso dos gases ionizados. A intensidade ''I'' da corrente elétrica também é determinada pela mesma equação apresentada acima. A diferença é que, nesse caso, a quantidade de [[carga elétrica]] será dada pela soma de cargas positivas e negativas.
<math>\Delta Q=(n A \Delta_x)q</math>
 
== Transferência de Cargas ==
Onde <math>q</math> é a quantidade de carga em cada portador. A partir disso, a definição de velocidade de deriva se baseia como sendo a velocidade em que se desloca os portadores de carga (velocidade <math>v_d</math>) que é paralela ao segmento <math>x</math> do segmento. O módulo do deslocamento dos portadores de carga em um intervalo de tempo é de <math>\Delta_x= v_d \Delta t</math>. Desse modo, a velocidade <math>v_d</math> dos portadores de carga ao longo do segmento é uma velocidade média conhecida como velocidade de deriva.
[[File:Transf de cargas.png|thumb|right|300px|Fio metálico a conduzir uma corrente '''I''' de '''B''' para '''A'''.]]
Por convenção, usa-se o sentido da transferência de cargas positivas para definir o sentido
da corrente elétrica. Assim, se as cargas de condução forem eletrões, como acontece num
metal, o sentido da corrente será oposto ao sentido do movimento dos eletrões. Por exemplo,
o fio metálico na figura transporta corrente elétrica de B para A. Num determinado
intervalo de tempo, a carga dos eletrões transportados de A para B é <math>-\Delta Q</math> ; isso implica que a carga dos protões que se combinaram com os eletrões em B foi <math>\Delta Q</math> , e essa é também a carga dos protões que ficaram em A após a partida dos eletrões.<ref name=Villate>[http://www.villate.org/doc/fisica2/fisica2_20110509.pdf ''Eletricidade e Magnetismo'']. Porto: Jaime E. Villate, 25 de outubro de 2015. 221 pp [[Creative Commons]] Atribuição-Partilha (versão 3.0) [[ISBN]] 978-972-99396-2-4. Acesso em 11 jun. 2013.</ref>
 
Consequentemente, é equivalente considerar que houve transporte de carga <math>-\Delta Q</math> de A para B, ou transporte de carga <math>\Delta Q</math> de B para A. A corrente I é definida no sentido do transporte da carga positiva.
A corrente em termos dos parâmetros microscópicos pode ser expressa da seguinte forma
 
A carga total transferida durante um intervalo de tempo é o integral da corrente I , nesse
<math>I= \frac{\Delta Q}{\Delta t}=n q {\displaystyle v_{d}} A</math>
intervalo:
 
<math>Q = \int\limits_{t_1}^{t_2} \mathit{I}\;dt</math>
(Relação da corrente média medida macroscópica com os princípios microscópicos)
 
No sistema internacional de unidades a unidade usada para medir a corrente elétrica é o
ampere, designado pela letra A, que equivale à transferência de uma carga de um coulomb
cada segundo:
 
▲: <math>[I]1\;A = 1C1\;C/s=1A</math>
 
== A velocidade de deriva ==
 
Ao estabelecermos um campo elétrico em um condutor verificamos, superposto ao movimento aleatório das cargas livres, um [[movimento de deriva]] dessas cargas. Em metais, condutores mais conhecidos, temos elétrons como portadores de carga livres. Essas partículas oscilam aleatoriamente a velocidades médias da ordem de 10<sup>5</sup> a 10<sup>6</sup> m/s. No entanto o [[movimento de deriva]] se dá a uma taxa da ordem de 10<sup>-3</sup>m/s (na situação de máxima densidade de corrente). Ou seja, quando temos a máxima densidade de corrente permitida pelas normas técnicas a velocidade de deriva dos elétrons livres é cerca de 2 mm/s.<ref name="OAB">{{citar web|url=http://www.feiradeciencias.com.br/sala12/12_T06.asp|título=Velocidade Média dos Elétrons|publicado=Feira de Ciências — O Imperdível Mundo da Física Clássica|acessodata=14 de janeiro de 2012}}</ref>
A velocidade de deriva não segue um caminho retilíneo perfeito, na verdade os portadores de carga se movem com velocidade <math>v_d</math> média ao longo do segmento. Na ausência de ddp os portadores de cargas têm deslocamentos caóticos ao longo do segmento. Entretanto, quando o sistema é acometido a uma diferença de potencial o movimento torna-se ordenado e um campo elétrico <math>\vec{E}</math> se estabelece resultando em uma força elétrica sobre os elétrons. Essa força acelera os elétrons livres e produz a corrente que se superpõe ao movimento aleatório das partículas, resultando em uma velocidade média em que o módulo é igual a velocidade escalar de deriva.
 
== Densidade de corrente ==
A corrente elétrica ''φ'' se relaciona com a [[densidade de corrente elétrica]] ''j'' através da fórmula
:Densidade de corrente é representada por <math>J</math> e se baseia em um vetor de fluxo de cargas através da superfície da área transversal <math>A</math> do condutor. <br /><math>J= \frac{I}{A}=nqv_d</math>
 
:A unidade de <math>J</math> no SI é expresso em [[ampère]] (A)
:<math> 1C/s=1A</math>
\phi = j \cdot A
</math>
 
onde, no [[Sistema Internacional de Unidades|SI]],
 
:''φ'' é a corrente medida em [[ampère]]s
:''j'' é a "densidade de corrente" medida em [[ampère]]s por [[metro quadrado]]
:''A'' é a área pela qual a corrente circula, medida em [[metro quadrado|metros quadrados]]
 
A densidade de corrente é definida como:
 
:<math>
j=\int_i n_i \cdot x_i \cdot \mathbf{u_i}
</math>
 
onde
 
:''n'' é a densidade de partículas (número de partículas por unidade de volume)
:''x'' é a massa, carga, ou outra característica na qual o fluxo poderia ser medido
:''u'' é a velocidade média da partícula em cada volume
 
Densidade de corrente é de importante consideração em projetos de sistemas elétricos. A maioria dos condutores elétricos possuem uma resistência positiva finita, fazendo-os então dissipar potência na forma de calor. A densidade de corrente deve permanecer suficientemente baixa para prevenir que o condutor funda ou queime, ou que a isolação do material caia. Em [[supercondutividade|superconductores]], corrente excessiva pode gerar um campo magnético forte o suficiente para causar perda espontânea da propriedade de supercondução.
 
== Métodos de medição ==
Linha 81 ⟶ 121:
{{AP|Lei de Ohm}}
Para [[componente eletrônico|componentes eletrônicos]] que obedecem à [[lei de Ohm]], a relação entre a [[tensão elétrica|tensão]] (''V'') dada em volts aplicada ao componente e a corrente elétrica que passa por ele é constante. Esta razão é chamada de [[resistência elétrica]] e vale a equação:<ref name="FISUSP">{{citar web|url=http://efisica.if.usp.br/eletricidade/basico/corrente/|título=Eletrodinâmica — Lei de Ohm|publicado=Instituto de Física da Universidade de São Paulo|acessodata=14 de janeiro de 2012}}</ref>
 
<ref>Serway, Raymond A.; Jewett Jr, John W., Princípios de Física Volume 3 Eletromagnetismo, Ed.
Thomson São Paulo, 2008-2020</ref>
:<math>
I = \frac{V}{R}
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