sexta-feira, 4 de março de 2011

CORRENTE ELÉTRICA

André-Marie Ampère (1775 - 1836) A corrente elétrica é um movimento ordenado de cargas elementares.
A corrente elétrica pode ser um simples jato de partículas no vácuo, como acontece num cinescópio de TV, em que um feixe de elétrons é lançado contra a tela. No entanto, na maioria dos casos, a corrente elétrica não ocorre no vácuo, mas sim no interior de um condutor. Por exemplo, aplicando uma diferença de potencial num fio metálico, surge nele uma corrente elétrica formada pelo movimento ordenado de elétrons.
Não se pode dizer que todo movimento de cargas elétricas seja uma corrente elétrica. No fio metálico, por exemplo, mesmo antes de aplicarmos a diferença de potencial, já existe movimento de cargas elétricas. Todos os elétrons livres estão em movimento, devido à agitação térmica. No entanto, o movimento é caótico e não há corrente elétrica.
Quando aplicamos a diferença de potencial, esse movimento caótico continua a existir, mas a ele se sobrepõe um movimento ordenado, de tal forma que, em média, os elétrons livres do fio passam a se deslocar ao longo deste. É assim que se forma a corrente elétrica.

Fonte: geocities.yahoo.com.br
a Física, corrente elétrica é o fluxo líquido de qualquer carga elétrica. Raios são exemplos de corrente elétrica, bem como o vento solar, porém a mais conhecida, provavelmente, é a o fluxo de elétrons através de um um condutor elétrico, geralmente metálico.
O símbolo convencional para representar a intensidade de corrente elétrica (ou seja, a quantidade de carga Q que flui por unidade de tempo t) é o I, original do alemão Intensität, que significa intensidade.
A unidade padrão no SI para medida de corrente é o ampère. A corrente elétrica é também chamada informalmente de amperagem. Embora seja um termo válido, alguns engenheiros repudiam o seu uso.

Corrente convencional

Corrente convencional era definida, no início da história da ciência da eletricidade, como sendo o fluxo de cargas positivas. Em condutores metálicos, como fios, as cargas positivas são imóveis, e portanto, apenas as cargas negativas fluem, em sentido contrário à corrente convencional, mas isto não é o que acontece na maioria dos condutores não-metálicos.
Em outros materiais, partículas carregadas fluem em ambas as direções ao mesmo tempo. Nas soluções químicas, a corrente pode ser derivada pelo movimento de íons, tanto positivos como negativos. Correntes elétricas no plasma são o fluxo de elétrons bem como o de íons negativos. No gelo e em certos eletrólitos sólidos, o fluxo de próton constitui a corrente elétrica. Para simplificar essa situação, a definição original da corrente convencional ainda permanece.
Também temos casos onde são elétrons (cargas negativas) que estão se movendo, mas é mais sensato falar em buracos positivos se deslocando. Isto acontece em semicondutores do tipo p.

A velocidade da corrente elétrica

As partículas carregadas que se movimentam causando corrente elétrica nem sempre se deslocam em linha reta. Em metais, por exemplo, elas seguem um caminhos desordenados, pulando de um átomo para outro, mas geralmente impulsionadas em direção do campo elétrico. A velocidade com a qual elas são puxadas pode ser calculado pela equação:

I = nAvQ

onde

I é a corrente
n é o número de partículas carregadas por unidade de volume
A é a área da secção transversal do condutor
v é a velocidade de impulso
Q é a carga de uma partícula (carga elementar).

Densidade de corrente

A corrente elétrica se relaciona com a densidade de corrente elétrica J através da fórmula

onde, no SI,

f é a corrente medida em ampères
j é a "densidade de corrente" medida em ampères por metro quadrado
A é a área pela qual a corrente circula, medida em metros quadrados

A densidade de corrente é definida como:

onde

n é a densidade de partículas (número de partículas po 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 superconductores, corrente excessiva pode gerar um campo magnético forte o suficiente para causar perda espontânea da propriedade de supercondução.

Métodos de medição

Para medir a corrente, pode-se utilizar um amperímetro. Apesar de prático, isto pode levar a uma interferência demasiada no objeto de medição, como por exemplo, desmontar uma parte de um circuito que não poderia ser desmontada.
Como toda corrente produz um campo magnético associado, podemos tentar medir este campo para determinar a intensidade da corrente. O efeito Hall, a bobina de Rogowski e sensores podem ser de grande valia neste caso.

Lei de Ohm

Para componentes eletrônicos que obedecem à lei de Ohm, a relação entre a tensão (V) aplicada ao componente e a corrente elétrica que passa por ele é constante. Esta razão é chamada de resistência elétrica e vale a equação:
Fonte: pt.wikipedia.org

A corrente elétrica é um fluxo de elétrons que circula por um condutor quando entre suas extremidades houver uma diferença de potencial. Esta diferença de potencial chama-se tensão. A facilidade ou dificuldade com que a corrente elétrica atravessa um condutor é conhecida como resistência. Esses três conceitos: corrente, tensão e resistênca, estão relacionados entre si, de tal maneira que, conhecendo dois deles, pode-se calcular o terceiro através da Lei de Ohm
Os elétrons e a corrente elétrica não são visíveis mas podemos comprovar sua existência conectando, por exemplo, uma lâmpada a uma bateria. Entre os terminais do filamento da lâmpada existe uma diferença de potencial causada pela bateria, logo, circulará uma corrente elétrica pela lâmpada e portanto ela irá brilhar.
A relação existente entre a corrente, a tensão e a resistência denomina-se Lei de Ohm: Para que circule uma corrente de 1A em uma resistência de 1 Ohm, há de se aplicar uma tensão em suas extremidades de 1V (V=R.I).
O conhecimento desta lei e o saber como aplicá-la são os primeiros passos para entrar no mundo da eletricidade e da eletrônica.
Antes de se começar a realizar cálculos, há que se conhecer as unidades de medida. A tensão é medida em Volts (V), a corrente é medida em Amperes (A) e a resistência em Ohms (ohm)

Unidades Básicas

Símbolo Unidade
A ampère (unidade de corrente)
V volt (unidade e tensão)
W watt (unidade de potência)
Ohm Ohm (unidade de resistência)
H henry (unidade de indutância)
F farad (unidade de capacitância)
Hz hertz (unidade de freqüência)

Prefixos para indicar frações ou múltiplos de unidades

Símbolo Fração/Múltiplo
p pico (1 trilionésimo 10E-12)
n nano (1 bilionésimo 10E-9)
µ micro (1 milionésimo 10E-6)
m mili (1 milésimo 10E-3)
k kilo (1 milhar 10E3)
M mega (1 milhão 10E6)
G giga (1 bilhão 10E9)

Fórmulas Úteis

Eis aqui algumas fórmulas que serão de grande utilidade quando for necessário o cálculo de voltagem, resistência, corrente e potência:

Outras fórmulas

Lei de Ohm

R = V / I ou V = R . I ou I = V / R
Fonte: www.angelfire.com

Efeitos fisiológicos

Os efeitos fisiológicos da corrente elétrica se traduzem pelos choques elétricos. A conseqüência de um choque elétrico varia muito de pessoa para pessoa. Os cientistas analisaram o comportamento do organismo humano exposto à uma corrente alternada de freqüência igual a 60 Hz (a corrente elétrica de nossas residências), fluindo através do corpo de uma mão à outra, com o coração no caminho.
Concluíram que, em geral, existe uma variação intermediária de corrente, de cerca de 0,1 a 0,2 A que é provavelmente fatal, pois neste intervalo ela é capaz de produzir fibrilação ventricular (o cessar das contrações normais dos músculos do coração). Acima desse intervalo, a corrente tende a fazer com que o miocárdio se contraia fortemente, mas que pode voltar a bater por si só cessada a fonte do choque. Daí, a intensidade da corrente nem sempre determina a intensidade da lesão e muitas correntes altas podem não ser tão danosas quanto as de baixa intensidade.
Para uma descarga de relâmpago, os danos poderão ir de morte à seqüelas insuportáveis. Veja a tabela que associa os prováveis efeitos da corrente elétrica com sua intensidade.
Corrente elétrica (A)
Efeitos fisiológicos
10-3 a 10-2
Princípio da sensação de choque
10-2 a 10-1
Ponto em que um estímulo é suficiente para produzir um efeito doloroso; paralisia muscular, dor severa dificuldade respiratória; parada cardíaca
10-1 a 2x10-1
Fibrilação ventricular normalmente fatal se não houver intervenção
2x10-1 a 1
Parada cardíaca, recuperação possível desde que o choque seja terminado antes da morte
1 a 10
Queimaduras graves e não fatais, a menos que os órgãos vitais tenham sido atingidos

Fonte: www.escolavesper.com.br

Corrente elétrica ê o fluxo de elétrons que atravessa um condutor. A primeira fonte de corrente elétrica contínua foi demonstrada em 1800 pelo físico italiano Alessandro Volta (1745-1827).
Sua pilha voltaica original usava energia química para produzir corrente elétrica. A pilha consistia de uma série de pares de placas metálicas (uma de prata, e outra de zinco) empilhadas umas sobre as outras, havendo entre cada par um tecido embebido em solução de ácido diluído.
O mesmo princípio é ainda utilizado na pilha elétrica atual. Suas placas são denominadas eletrodos e devem ser feitas de metais diferentes. Uma delas pode ser feita de carbono. O eletrodo positivo é chamado de ânodo e o eletrodo negativo é chamado de cátodo. A solução ácida é denominada eletrólito e, na pilha seca, é absorvida sob forma de pasta. Diversas pilhas conectadas em série (do positivo para o negativo) recebem o nome de bateria e produzem voltagem mais alta que uma pilha única. Algumas baterias, conhecidas corno acumuladores, podem ser "recarregadas" pela passagem de corrente elétrica que retorna através delas. Princípios semelhantes são empregados na eletrólise e na galvanização.

Circuitos

Um circuito é um trajeto condutor completo entre um terminal positivo e um negativo. Convencionalmente, a corrente passa do positivo para o negativo, embora a direção do fluxo de elétrons seja, na verdade, do negativo para o positivo. Quando componentes elétricos, como lâmpadas e interruptores, são ligados através de suas extremidades, esta disposição constitui uma ligação em série. Quando são conectados lado a lado, trata-se da ligação em paralelo.

Potência elétrica

Potência é a velocidade com que um corpo ou sistema realiza trabalho. A potência de um condutor elétrico é medida em watts (W), unidade criada pelo engenheiro inglês James Watt (1736-1819). Um watt corresponde a um joule por segundo ou à energia usada em um segundo por uma corrente de um ampère que passa entre dois pontos com diferença de potencial de um volt. Nos condutores elétricos, a potência (W) é o produto da corrente (/) pela voltagem (V): W = IV.

Resistência

Quando uma corrente elétrica atravessa um condutor, existe uma inércia que age no sentido de reduzir o fluxo ou resistir a ele. Trata-se da resistência, que depende da natureza do condutor e de suas dimensões. A unidade da resistência é chamada ohm (Q) em homenagem ao físico alemão Georg Simon Ohm (1787-1854), que descobriu a relação existente entre a corrente (/), a voltagem (V) e a resistência (/?) de um condutor: V = IR, conhecida como lei de Ohm.
A resistência possui várias aplicações práticas. Quando os elétrons passam através de um fio, fazem seus átomos vibrarem e produzirem calor - quanto maior a resistência, maior é o calor gerado. Este efeito é empregado em aquecedores elétricos, nos quais um fio especial de forte resistência se torna incandescente ao ser percorrido por corrente elétrica. De forma similar, os filamentos das lâmpadas consistem num fio fino e espiralado de tungstênio de alta resistência que se acende quando aquecido. O mesmo princípio é utilizado nos fusíveis, que empregam fios de baixa resistência e baixo ponto de fusão, servindo para evitar sobrecarga no circuito: caso seja percorrido por uma corrente excessivamente forte, o fio do fusível se superaquece e derrete, rompendo o circuito.
Em muitos casos, porém, o que se deseja é reduzir a resistência e, consequentemente, a perda de energia - a um mínimo. Em 1911, descobriu-se que abaixo de uma determinada temperatura crítica, vários metais apresentam resistência igual a zero para a passagem de corrente. Este fenômeno chama-se supercondutividade. Uma vez iniciada, e desde que o circuito permaneça frio, a corrente de um circuito fechado não é interrompida? A temperatura crítica da maioria dos metais é impraticavelmente baixa, em torno de 1,19 K (-272°C). Recentemente, têm sido desenvolvidos vários tipos novos de materiais artificiais que apresentam supercondutividade a temperaturas significativa mente mais altas. Tais progressos prometem vultosas economias de energia.

Geradores e motores de corrente alternada e corrente contínua

Existem dois tipos de corrente elétrica. O tipo produzido por baterias é o de corrente contínua, no qual o fluxo de elétrons é constante numa dada direção. O tipo usado na maioria dos aparelhos elétricos é o de corrente alternada, no qual a direção do fluxo de elétrons se alterna. A freqüência da corrente alternada pode variar dentro de uma faixa muito ampla. As linhas de alimentação operam com 50 Hertz (ciclos por segundo) na Europa e 60 Hz nos Estados Unidos. A maior parte da eletricidade atualmente é produzida por geradores de corrente alternada.
Dínamos são geradores de corrente elétrica que consistem numa bobina que gira acionada por algum meio externo dentro de um campo magnético e se baseiam nas descobertas de Faraday sobre indução elétrica. Em quase todos os geradores, a fonte da rotação é uma turbina, alimentada por uma variedade de fontes de energia. Há geradores de corrente alternada e de corrente contínua, ao passo que os alternadores (usados para carregar baterias de automóveis) produzem corrente alternada, que é depois retificada para corrente contínua por díodos semicondutores.
O motor elétrico é um dispositivo semelhante a um gerador, mas funciona no sentido contrário. Nele, a corrente elétrica é aplicada às espiras da bobina, fazendo girar a armadura, que consiste num eixo sobre o qual são montadas as espiras do eletroímã.

Emissão de elétrons

Quando um filamento de lâmpada é aquecido, o movimento térmico provoca considerável aumento na energia de alguns de seus elétrons, embora o aumento médio de todos os elétrons seja muito pequeno. Se sua energia atingir um nível adequado, muitos se tornam capazes de escapar; este processo é chamado de emissão termiônica. Caso outro eletrodo seja introduzido no bulbo evacuado e colocado sob um potencial mais alto que o filamento, ele passará a funcionar como ânodo, atraindo elétrons para si.
Ocorrerá então passagem de corrente num circuito externo; o dispositivo assim formado chama-se díodo. Um terceiro eletrodo em forma de grade colocado no tubo, entre o filamento e o ânodo, faz a corrente do ânodo tomar-se tão sensível a mudanças na voltagem da grade que o dispositivo todo, chamado triodo, passa a funcionar como amplificador. Os elétrons são também emitidos a partir da superfície de um metal caso uma luz de freqüência suficientemente alta seja irradiada sobre ele. Trata-se do efeito fotoelétrico.

Condutores e semicondutores

Um metal consiste num arranjo de íons positivos dispostos em um "mar" de elétrons livres. Sob o efeito de uma diferença de potencial, os elétrons passam a migrar livremente através do material. Os metais são bons condutores de eletricidade por possuírem sempre muitos estados quânticos desocupados sobre os quais os elétrons podem se mover. Sólidos e líquidos não metálicos possuem quase todos os seus estados quânticos ocupados por elétrons, o que dificulta a produção de grandes correntes. Se o número de estados desocupados e o número de elétrons livres para se moverem até eles forem pequenos, o material será um ísolante. Se houver mais elétrons livres e estados desocupados do que no isolante, mas menos do que no condutor, a substância será denominada semicondutor.
Os elementos silício e germânio, semelhantes a metais, são os dois semicondutores mais freqüentemente usados. Podem ser "dopados" com impurezas, que modificam seu comportamento condutor - a dopagem tipo-n (doador) aumenta o número de elétrons livres e a tipo-p (aceitador) aumenta o número de estados desocupados. A maioria dos semicondutores é feita de materiais que são em parte tipo-p e em parte tipo-n. A fronteira entre eles é chamada junção p-n (aceitadora-doadora).
Um dispositivo deste tipo, chamado de díodo semicondutor, funciona como retificador e é usado para converter corrente alternada em corrente contínua.
Os transistores consistem de um material semicondutor de forma n-p-n ou p-n-p. Lançados em 1948, podem funcionar tanto como interruptores quanto como amplificadores e substituíram as desajeitadas válvulas. Um amplificador é um dispositivo que reforça os sinais elétricos, usando energia de uma fonte separada. O circuito integrado é formado por diversos transistores e outros componentes, embutidos num chip de silício.
Em alguns materiais, como o arseneto de gálio, a junção p-n emite luz sempre que é atravessada por corrente elétrica. Este dispositivo recebe o nome de díodo emissor de luz. É usado em mostradores digitais de relógios e rádios.

Pilhas solares

O efeito fotovoltaico ocorre quando a luz é absorvida por uma junção p-n ou n-p. Os elétrons são então aí liberados por fótons incidentes e se difundem através da região tipo-n. O vazio vaga pela camada tipo-p até se recombinar com um elétron que esteja passando pelo circuito externo. O primeiro dispositivo fotovoltaico prático - chamado pilha solar - foi construído em 1954. Basicamente, a pilha solar é um diodo emissor de luz que funciona no sentido inverso: converte luz em corrente elétrica, o que constitui a base da energia solar.
Fonte: www.mundofisico.joinville.udesc.br








Nenhum comentário:

Postar um comentário

Postar um comentário