Corrente elétrica

Olá Estudante eu sou professor Douglas Gomes venho trazer uma aula sobre corrente elétrica arrasto de carga diferença de potencial noção de gerador elétricos sentido convencional da corrente intensidade média gráfico corrente versus tempo velocidade do elétron tensão corrente potência e esta é uma das nossas aulas da plataforma curso de física com Douglas disponível em física com douglas. com sempre um curso de física na medida para você agora vem comigo vamos dar início agora o estudo da eletrodinâmica e aqui vai aparecer o conceito de corrente elétrica mas o que seria isso aqui a esquerda você observa um fio condutor Sem passagem de corrente elétrica dê uma olhada neste elétron livre do Fio condutor ele faz um movimento vibracional mas acaba eventualmente retornando ao ponto original então não arrasto de portadores de carga elétrica mas quando há corrente elétrica estes elétrons são arrastados este arrastar dos elétrons é o que se chama entre aspas de movimento ordenado de cargas elétricas quando a passagem de corrente elétrica Por um Fio existe um arrasto dos portadores de carga elétrica aqui este elétron mesmo que ele tem esse movimento caótico desordenado dele ele acaba sendo arrastado neste exemplo para a direita Isso é o que a gente chama de movimento ordenado deste portador existe o movimento que é desordenado mas ele está sendo composto por um movimento que o está arrastando para a direita e isso que vai caracterizar a passagem de corrente elétrica Por um Fio condutor recordando o estudo dos condutores chamamos de Condutores eletrônicos aqueles cujas cargas livres são elétrons iônicos aqueles cujas cargas estão livres para se mover e assim constituir a passagem de corrente elétrica são íons como é o caso de cloreto de sódio jogado na água você vai ter o íon na+ e o outro íoncl menos mas o que poderia causar a passagem de corrente elétrica entre um fio condutor eu tenho aqui o nosso fio condutor como um elétron livre representado existem vários elétrons livres Mas vamos representar um só para não ficar tão complicado coloquemos então dois duas esferas nos extremos deste fio condutor uma delas eletrizada negativamente com potencial elétrico de menos 50 volts e a outra neutra com potencial elétrico de 0 volts o que vai acontecer aqui quando você conecta um objeto eletrizado a um objeto neutro por meio de um fio condutor vai haver troca de cargas Mas por que que esta troca de cargas vai acontecer veja o campo elétrico que se estabelece no interior do Fio condutor o vetor campo elétrico vai das regiões de maior para as regiões de menor potencial veja Zero é maior do que menos 50 e assim a gente vai ter o vetor aqui representado de verde mas a força elétrica quando atua em uma carga de prova negativa tem sentido contrário do campo elétrico por essa razão a gente vai ver os elétrons deste fio sendo impulsionados sendo forçados a ir para a direita neste exemplo e com o passar do tempo Olha o que vai acontecer a esfera B recebendo elétrons vai ficando com potencial negativo E assim a esfera A que tinha potencial menos 50 vai tendo um aumento da potência do potencial então enquanto um aumento potencial outro diminui e a gente que os potenciais se igualam em um determinado instante nesta circunstância a um movimento ordenado de cargas o movimento de arrasto de elétrons vai cessar então nós temos aqui uma corrente que foi temporária começou mas logo acabou só a corrente Enquanto houver campo elétrico e só vai haver campo elétrico se houver diferença de potencial foi o que vimos aqui mas como são as transformações de energia que vão acontecer neste processo Você lembra que eu disse que a passagem da corrente elétrica envolve um movimento caótico acontecendo junto de um arrasto Por que que isso acontece porque o elétron vai se movimentando mas vai colidindo com as partículas que existem no meio do caminho o elétron pode estar livre para se mover mas o caminho dele não está livre para este movimento Ou seja vão acontecendo choques E com isso a gente vai tendo transformação de energia do elétron em energia de agitação das partículas é por essa razão que a medida que corrente elétrica Por um Fio este fio apresenta um aumento de temperatura você já deve ter notado isso principalmente quando está carregando o seu celular como vimos ao passar por um fio condutor a energia de um portador de carga o elétron é convertido em outras formas de energia geralmente térmica algum agente então deverá efetuar trabalho para devolver a energia o portador de carga ou elétron mantendo a corrente acontecendo Então para que serve a corrente elétrica para que haja transformação de energia a corrente em si não é a energia a corrente é este movimento dos elétrons estes elétrons é que proporcionam a transferência e a transformação da energia mas como é que vai acontecer este a gente efetuando o trabalho para devolver energia ao elétron proporcionando que depois ele faça novamente este transporte isso são os geradores de tensão os geradores de ddp já que a gente precisa de uma ddp para ver campo elétrico e para acontecer a passagem de corrente pelos fios Condutores vamos a uma noção do que seria um gerador elétrico nós vamos chamar de gerador elétrico equipamento responsável por transformar outros tipos de energia né pode ser química mecânica térmica qualquer outro tipo de energia em energia elétrica transferindo esta energia elétrica aos portadores de carga da corrente que vai passar por ele um gerador bem comum no nosso cotidiano é uma pilha uma pilha transforma energia química em energia elétrica e fornece aos elétrons que vão passar aqui é por ele então você observa que a pilha você vai ter um dos terminais da pilha com um potencial maior chamado de Polo positivo e o outro Terminal da pilha com potencial elétrico menor chamado polo negativo aqui essa interrogação é o equipamento que vai receber os portadores de carga vai tirar a energia desses portadores é essa energia elétrica e transformar em outras modalidades mas Douglas como representar este de forma mais simplificada existe esta representação simbólica onde você vai colocar um traço maior para o polo positivo e um traço pequeno menor para o polo negativo Observe aqui o campo elétrico que vai existir no interior do fio o campo elétrico sempre vai das regiões de maior potencial para as regiões de menor potencial elétrico então nós temos um potencial elétrico maior no Polo positivo veja interessante que é mais adequado ao invés de falar Polo positivo falar Polo de maior potencial e temos um potencial menor no polo negativo ou Polo de menor potencial o campo elétrico vai existir neste sentido e o elétron vai ser forçado a movimentar-se no sentido oposto ao do campo elétrico fazendo este movimento mas veja o que acontece o elétron entra com bastante energia elétrica e sai com pouca energia elétrica do seu equipamento do da lâmpada da sua TV da sua geladeira mas chega ao gerador ele entra com pouca energia elétrica e sai com muita energia elétrica Então as transformações de energia vão acontecer desta forma veja então que toda a carga elétrica que entra no equipamento no celular na TV na lâmpada toda carga que entra deve sair e o que é que vai ficar no seu equipamento funcional a energia então para que que serve a corrente elétrica para transportar energia do gerador para algo que venha a receber lá agora nós vamos a um tema que pode causar confusão para muitas pessoas e isso é comum mas você vai superar Observe nós temos aqui um gerador com Polo de maior potencial e um polo de menor potencial conectado a um fio de cobre que tem como portador de carga livre para mover-se o elétron a gente sabe que o campo elétrico existe das regiões de maior para as regiões de menor oficial elétrico então o campo elétrico está parar Direita mas a força elétrica que vai atuar sobre o elétron carga de prova negativa tem o sentido oposto ao do campo elétrico vai para a esquerda mas agora nós vamos pegar este mesmo gerador e vamos colocar um dos terminais dele um dos lados aqui no interior de uma solução com cloreto de sódio n a mais CL menos os íons que vão Surgir aí nesta dissociação iônica em meio aquoso o campo elétrico continua existindo aqui nesta região do lado de maior potencial para o lado de menor potencial Mas agora nós vamos ter a movimentação tanto do na+ que vai sofrer a ação de uma força no mesmo sentido do campo quanto do CL menos que vai ser impulsionado forçado no sentido oposto aí você fala Douglas então haverá movimento ordenado de cargas para a direita e para a esquerda então no final das contas não passa corrente passa o que acontece aqui é que as cargas positivas movimentam-se num sentido e as negativas no outro sentido mas Observe que nós vamos convencionar que o sentido da corrente elétrica que aí existe é o sentido do campo elétrico neste condutor Ah então a gente vai convencionar que o sentido da corrente elétrica é o mesmo do movimento de cargas positivas e é o oposto do movimento de cargas negativas então se eu tiver um elétron indo para a esquerda vou dizer que a corrente elétrica está para direita Sim será uma convém são eu sei é estranho mas a gente vai se acostumar assim o sentido convencional da corrente elétrica é o mesmo sentido do movimento das cargas positivas que é o oposto ao do movimento das cargas Livres negativas e somar a gente pode dizer que é o mesmo sentido do vetor campo elétrico uma grandeza física deve apresentar um valor numérico para ser medida a gente vai dizer que a intensidade da corrente elétrica vai ser a grandeza física que nos vai interessar e vai corresponder a rapidez com que certa quantidade de carga elétrica atravessa uma secção do condutor nesta ilustração nós temos um gerador Polo de maior potencial e outro Polo de menor potencial então no nosso fio condutor vai existir um campo elétrico para a direita que vai corresponder ao sentido convencional da corrente mas nós sabemos que os elétrons livres neste fio condutor vão no sentido contrário ao do campo bem como é que nós vamos definir a intensidade da corrente elétrica você observa que eu dei um destaque aqui de roxo a uma certa secção um corte transversal do nosso fio os elétrons vão passar por esta secção isso ponha aqui de uma forma lúdica didática que todo elétron que passar por secção roxa fique pintado de roxo vamos ver como é que estarão pintados estes elétrons depois de um certo intervalo de tempo delta t Suponha que estes seis elétrons aqui tenham passado por esta secção e ficado roxos depois de passado um certo intervalo de tempo delta t com isso nós dizemos que passou por esta secção uma certa quantidade de carga Delta aqui no intervalo de tempo delta t e matemáticamente a intensidade média da corrente é dada por módulo de Delta aqui o módulo da quantidade de cargas que passou por esta secção do Fio dividido pelo intervalo de tempo isso seria então medido em Colômbia por segundo mas em homenagem a um grande cientista que publicou diversos trabalhos a respeito da eletrodinâmica a gente vai dar o nome de Colômbia por segundo Ampere então Colômbia por segundo C sobre s é o mesmo que Ampére que a gente representa pela letra maiúscula a uma relação entre a carga elétrica que atravessou e o número de elétrons o valor desta quantidade de carga em módulo será o número de elétrons vezes a carga elementar que vale 1,6 x 10 a menos 19 km agora eu vou te fazer uma pergunta e quero que você responda para si a velocidade dos elétrons na corrente elétrica é grande ou é pequena Bom eu não sei você mas eu pensava que era enorme porque na hora que eu ligo o interruptor quase que instantaneamente a lâmpada que está a uma certa distância deixa interruptor ela acende então será que é rápido este elétron vamos chamar de e a quantidade de carga por intervalo de tempo que vai passar por aquela secção nós vamos dizer que a quantidade de carga é o número de elétrons vezes a carga elementar agora vem a quantidade de elétrons por unidade de volume eu estou usando este V diferente para não confundir com potencial elétrico este ver é de volume durante a passagem do tempo estes elétrons se deslocaram certo ver vezes precisa ter a de concordar que a medida que eles passaram por aqui eles tiveram deslocamento que corresponde ao valor da velocidade vezes o intervalo de tempo mas se eu conhecer a área da secção a deste fio eu sei o volume desta região e sabendo o volume da região e a concentração de elétrons eu sei quantos elétrons passaram por ali se este volume é a área do cilindro vezes o comprimento V delta t eu posso colocar aqui também que a quantidade de elétrons que eu vou ter passado por ali vai ser igual a Eta que é o nome desta letra grega esta vezes vê esta vezes vê Ah então fica essa vezes a vezes a velocidade vezes delta t veja Quantos vezes a gente tem na vida o v minúsculo eu utilizei para a velocidade ou v maiúsculo comum para o potencial este ver estranho para o volume agora que nós sabemos o valor de n calculamos a quantidade de carga e finalmente vamos a corrente substituindo o valor desta quantidade de carga aqui lá na expressão para intensidade média da corrente nós vamos colocar que este Eta a v delta t e no lugar do Delta que será dividido por delta t Ops Olha o delta t indo simbora a gente vai dizer que o valor da intensidade da corrente vai ser reta onde é até a concentração de elétrons por unidade de volume vezes a que a área da secção do Fio condutor deve ser medida em metros quadrados no SI Então vamos lá a corrente em amperes a concentração de elétrons por unidade de volume é por metro cúbico si a área em metro quadrado a velocidade de deriva de arrasto desses elétrons vai ser dada em metro por segundo e o valor da carga elementar é 1,6 vezes 10 a menos 19 km Agora vamos pegar uma situação de uma instalação doméstica uma corrente de 20 amperes passando no fio na sua casa que tem 8,5 x 10 a 28 elétrons livres por metro cúbico é o que acontece com fio de cobre a área da secção do fio de cobre comum em instalações residenciais pode ser de 2,5 milímetros quadrados O que nos dá 2,5 x 10 a menos 6 metros quadrados de área de secção o valor de e é 1,6 x 10 a menos 19 km então com esses valores qual seria a velocidade de um elétron livre no contexto da corrente elétrica isolando o valor de ver nessa expressão vai ser igual aí sobre Eta a vezes Z coloquei os valores que a gente tinha ali e o resultado é surpreendente são 0,006 metros por segundo é muito lento Então por que razão a lâmpada acende tão rapidamente não é porque o elétron seja rápido é porque o campo elétrico se estabelece rapidamente quando você clica no interruptor se estabelece ao longo de toda a instalação elétrica o campo elétrico numa velocidade próxima velocidade da luz e o elétron que já se encontra lá na lâmpada começa quase que instantaneamente a se mover Então os elétrons são lentos mas o campo elétrico se estabelece rapidamente ao longo de todo o circuito fazendo elétron que já está lá na lâmpada começar a mover-se e converter energia elétrica em outros tipos de energia a intensidade média da corrente elétrica é o módulo da quantidade de carga que passa pelo intervalo de tempo mas se eu quiser a intensidade da corrente não determinado instante a chamada intensidade instantânea da corrente elétrica vem um instante corresponde a um intervalo de tempo que tende a zero Então a gente vai pegar a situação limite em que Delta que sobre delta t existe com Delta dependendo a zero é também como uma anotação de que mas na prática o que que isso Vai representar pra gente representação de intensidade da corrente em função do tempo quando a gente vê um gráfico do comportamento da corrente em função do tempo nós estamos vendo a intensidade da corrente a cada instante se modificando com o passar do tempo você pode ter num fio condutor uma corrente que é contínua você observa o fio e sempre vai haver uma corrente passando por ele no mesmo sentido a corrente pode ser contínua e constante No primeiro caso ela era continua mas estava reduzindo com o passar do tempo neste segundo caso ela é contínua mas tem sempre o mesmo valor outro tipo de corrente possível é a pulsante ora não tem corrente ora tem hora não tem hora tem fica pulsando a corrente quando você tem uma lâmpada piscando este piscar é representa uma pulsação da corrente mas também existe a corrente alternada que vai trocando de sentido à medida que o tempo vai passando nas nossas tomadas nas instalações domésticas comuns a nossa corrente e atenção ela é alternada e alterna cerca de 60 vezes por segundo alterna como uma frequência de 60 Hertz vamos ao estudo agora de uma propriedade interessante do gráfico da corrente em função do tempo observamos o caso da corrente constante por exemplo se a corrente for constante o valor médio é o mesmo valor da corrente a cada instante e o valor médio a quantidade de carga pelo intervalo de tempo se você isolar a quantidade de carga aqui Delta que vai encontrar que seria igual a i vezes delta t mas isso no contexto do gráfico pegar a corrente multiplicar pelo intervalo de tempo corresponde a área sob o gráfico então se você pegar a área sob o gráfico quer a corrente Seja Constante quer a corrente seja variável Mas você pegar Esta área sob o gráfico para qualquer intervalo de por delta t e calcular o valor da área você terá calculado também o valor da quantidade de carga que atravessou o seu fio condutor agora só para reforçar uma ideia interessante Lembrando aqui a corrente alternada ela alterna o sentido ela fica trocando o sentido o sentido dela não é sempre constante A corrente elétrica tem um princípio que deve ser respeitado chamado princípio da continuidade desta corrente elétrica Imagine que você tenha um fio que começa Grosso depois afina E mais uma vez engrossa a gente vai ter a corrente passando pela primeira parte aí vem pela segunda parte vem pela terceira parte a intensidade da corrente elétrica é a mesma em quaisquer uma dessas partes que estão associadas em sequência em série veja que não deve haver acúmulo de cargas em nenhum ponto do circuito desta corrente então a corrente chega não tem para onde ela correr Então ela pessoa com o mesmo valor se não tiver subdivisões se não houver nós para que se Divida a corrente a corrente tem o mesmo valor ao longo de toda a linha Caso haja uma ramificação no circuito a gente vai chamar este ponto de nó e toda a corrente elétrica que entra neste nó deve sair ou seja se está entrando e 4 saindo E5 e 6 a soma dos valores e 5 com e seis deve ser igual ao valor de E4 toda a corrente que entra em um nó sai do nó vamos ao tema da corrente elétrica e o transporte de energia no circuito nós temos um gerador aqui representado por meio de uma pilha e uma lâmpada representada por aquilo que nós vamos estudar no futuro chamado resistor elétrico nós vamos ter aqui o sentido do campo elétrico da região do maior potencial para o menor que é o mesmo sentido da corrente convencional você fala mais Douglas o elétron sai do polo negativo e vai para o polo positivo sim mas agora nós vamos começar a trabalhar apenas com a corrente convencional você fala mais Douglas tá errado é interessante que mesmo a gente fazendo esta substituição do sentido do real para o convencional a gente acaba observando que os resultados matemáticos e físicos são os mesmos só vai acontecer uma exceçãozinha num efeito Hall do magnetismo Mas nós vamos chegar lá no futuro então Observe que pra gente agora A corrente elétrica sai do Polo positivo e entra no negativo do gerador é a corrente convencional então a corrente convencional chega aqui do maior potencial e sai para o menor potencial havendo aqui uma transformação de energia elétrica no interior desta lâmpada em energia luminosa potência não é energia sobre tempo a energia transformada corresponde a diferença entre a energia que eu tenho na entrada e a energia que eu tenho na saída isso é a transformação de energia que aconteceu aqui e nós vamos dividir isso pelo intervalo de tempo mas a energia é o produto da carga pelo potencial então a energia na entrada é a carga que está passando por aqui vezes o potencial maior e a energia na saída é a carga que está saindo vezes o potencial menor e nós vamos dividir isso pelo intervalo de tempo mas Opa a carga que entra é a mesma carga que sai Vamos colocar em evidência e colocando quem evidência aparece aqui um termo interessante que é que sobre delta t mas quando eu divido carga por intervalo de tempo eu tenho a intensidade da corrente não é mesmo e a diferença de potencial Ops é a ddp assim a potência elétrica vai ser igual a intensidade da corrente vezes atenção elétrica a diferença de potencial que vai existir entre o maior e o menor isso Vai representar a quantidade de energia que está sendo transformada dividida pelo intervalo de tempo esse será então a potência medida em Watt no sistema internacional que equivale a JA por segundo e a intensidade da corrente medido em ampere no sistema internacional que é o mesmo que Colombo por segundo o u é a ddp ou tensão elétrica medida em volt que significa Joule corpo a variação da energia a energia transformada virá em Joule no sistema internacional enquanto que o intervalo de tempo será em segundos mas cuidado se você isolar o delta energia pegando este intervalo de tempo e multiplicando pela potência você poderá medir a energia em Watt x hora mas cuidado várias vezes ora é o mesmo que bate vezes 3. 600 segundos uma hora são 3.

600 segundos Mas você se lembra de que What é o mesmo que já lhe por segundo e assim a gente cancela segundo com segundo e fazendo este produto ver que o Watt xora é o mesmo que 3. 600 agora você já deve ter uma noção geral a respeito do conceito de nte elétrica gostou da nossa aula deixe o seu joinha quero mais vídeos como esse se inscreve no canal e vá fazer o curso comigo em física com douglas.