Física
Introdução ao Estudo da Eletrodinâmica
Autores
Profs.: Célio Normando e Vasco Vasconcelos
Introdução
Nas aulas anteriores, os condutores estavam em
equilíbrio eletrostático, ou seja, os elétrons livres
possuíam um movimento desordenado decorrente
da agitação térmica.
Considere um fio condutor de tal maneira que não
haja diferença de potencial nos seus extremos.
A
B
UAB = 0
Os elétrons livres deste fio movem-se em todas as
direções com movimento desordenado.
Introdução
Quando se estabelece uma diferença de potencial nos extremos do
fio condutor, os elétrons livres do fio passam a se deslocar
ordenadamente da extremidade B para a extremidade A.
A
E
B
UAB  0
VA > VB
Agora as cargas elétricas possuem um movimento ordenado e os
fenômenos elétricos decorrentes deste movimento preferencial das
cargas serão analisados pela eletrodinâmica.
Como obter uma corrente elétrica?
Para obtermos uma corrente elétrica precisamos de um circuito elétrico
Circuito elétrico
Para obtermos um circuito elétrico, são necessários três elementos, no
mínimo:
Gerador, Condutor e Carga.
GERADOR
Orienta o movimento
dos elétrons
CONDUTOR
Assegura a transmissão
da corrente elétrica.
CARGA
Utiliza a corrente elétrica
(transforma em trabalho)
IMPORTANTE: Em um segmento AB de um fio metálico
por onde passa uma corrente elétrica contínua e
constante, a carga elétrica total de AB é nula.
Para que haja corrente elétrica
Gerador
é necessário
que o circuito esteja fechado.
Carga
Corrente Elétrica
É um movimento orientado de cargas elétricas.
A corrente elétrica só se estabelece em um condutor quando
as extremidades deste condutor são submetidas a uma
diferença de potencial.
A
E
B
UAB 0
VA > VB
Nos estudos iniciais da corrente elétrica, não se sabia exatamente
quais as cargas que se moviam no condutor, se as positivas ou as
negativas. Diante disso, estabeleceu-se o seguinte:
Corrente Elétrica
O sentido da corrente elétrica convencionalmente adotado é
aquele no qual se deslocariam espontaneamente as cargas
positivas no interior do condutor.
A
B
E
Sentido
convencional
i
UAB  0
VA > VB
Observe que as cargas elétricas que se movimentam no interior do
condutor são os elétrons e o fazem no sentido de B para A (sentido real
da corrente). No entanto, o sentido convencional se conserva até hoje.
Assim, sempre que se fala em sentido da corrente, trata-se do sentido
convencional.
Intensidade de Corrente Elétrica
Seja o fio condutor submetido a uma diferença de potencial.
i
A
B
A
Numa determinada secção reta (A) desse condutor, passa uma
determinada quantidade de carga, num certo intervalo de tempo
(Dt).
A intensidade da corrente elétrica (i) nesse condutor é
a razão entre a carga que atravessa uma secção do
condutor e o intervalo de tempo gasto para isto.
Dq
i=
Dt
Unidades
M.K.S.
coulomb/segundo
(ampére) (A)
GA
Para cada degrau
descido, multiplique
por 10-3
MA
kA
A
mA
A
nA
Para cada degrau
subido, multiplique
por 103
Tipos de corrente elétrica
Corrente Contínua (C.C) - É aquela em que o sentido e a
intensidade permanecem constantes com o tempo.
O que representa a área hachurada?
i
N
A = i x (t2 – t1) 

N
A = i x Dt 
i
N
A = Dq
A
0
t1
t2
t
A corrente contínua pode ser obtida quando se usa uma pilha, ou
uma bateria.
Tipos de corrente elétrica
Corrente Alternada (C.A) - É aquela em que a intensidade e o
sentido mudam periodicamente com o tempo.
Nas tomadas de sua casa, encontra-se uma corrente
alternada.
i
0
t
Tipos de corrente elétrica
Nos metais e no grafite a corrente elétrica tem como portadores de
cargas livres os elétrons, e o sentido convencional é igual ao
sentido do vetor campo elétrico que se estabelece no interior do
condutor.
Corrente elétrica convencional
i

E
A
+
_
B
Tipos de corrente elétrica
Nas soluções eletrolíticas (uma solução de NaCl em água,
por exemplo) os portadores de cargas livres são os íons
positivos de Na+ e os íons negativos de Cl–.
A intensidade de corrente na solução, num certo intervalo de
tempo, será calculada pela expressão:
|Q| , onde |Q| = |Q | + |Q |
p
n
i=
Dt
placas metálicas
Qp: total de cargas dos íons positivos
e
Qn: total de cargas dos íons negativos.
Tipos de corrente elétrica
Nos gases rarefeitos a corrente elétrica tem
como portadores de carga os íons positivos
e negativos como também a movimentação
de elétrons 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.
Corrente Elétrica
Tipos de condutores:
a) Primeira classe: Condutores Metálicos
Corrente Elétrica
b) Segunda classe: Condutores Eletrolíticos
placas metálicas
Corrente Elétrica
c) Terceira classe: Condutores Gasosos
Corrente Elétrica
Isolante elétrico é todo meio que oferece boa resistência a
movimentação de portadores de cargas elétricas no seu
interior
Efeitos da Corrente Elétrica
Efeito térmico
Os elétrons , acelerados pelas forças elétricas, colidem com os átomos
da rede atômica, transferindo-lhes energia, que faz com que haja um
aumento da energia de vibração desses átomos, o que implica macroscopicamente num aumento de temperatura. Este fenômeno, também
chamado efeito Joule.
Alguns exemplos clássicos:
•Lâmpada incandescente
•Chuveiro elétrico
•Ferro elétrico
•Fusíveis
Efeito químico
Fazendo-se passar uma corrente elétrica por uma solução de
ácido sulfúrico em água, por exemplo, observa-se que da
solução se desprende hidrogênio e oxigênio. A corrente elétrica
produz, então, uma ação química nos elementos que constituem
a solução.
Efeitos fisiológicos
A corrente elétrica tem ação, de modo geral, sobre todos os
tecidos vivos, porque os tecidos são formados de substâncias
coloidais e os colóides sofrem ação da eletricidade. Mas é
particularmente importante a ação da corrente elétrica sobre os
nervos e os músculos.
Na ação sobre os nervos devemos distinguir a ação sobre os
nervos sensitivos e sobre os nervos motores. A ação sobre os
nervos sensitivos dá sensação de dor. A ação sobre os nervos
motores dá uma comoção (choque). A corrente elétrica passando
pelo músculo produz nele uma contração.
Efeito magnético
Em 1820, o dinamarquês Oersted descobriu que quando a corrente
elétrica passa em um fio metálico desviava a agulha de uma bússola.
Curiosidade: O primeiro modelo de um motor elétrico nasceu dessas
pesquisas.Um fio condutor, que ao ser percorrido pela corrente
elétrica, girava quando colocado próximo ao ímã.O mesmo estava
convertendo diretamente energia elétrica em energia mecânica. Uma
outra grande aplicação ocorreu quando da invenção dos
galvanômetros.
CURIOSIDADE:
Parada respiratória
A máxima corrente que uma pessoa pode tolerar ao segurar um
eletrodo, podendo ainda largá-lo usando os músculos diretamente
estimulados pela corrente, segundo determinações experimentais
em corrente alternada de 50/60 Hz, são valores de 6 a 14 mA, em
mulheres (10 mA de média) e 9 a 23 mA em homens (16 mA de
média); portanto uma corrente elétrica inferior à necessária ao
funcionamento de uma lâmpada incandescente normalmente
usada em nossas residências. Correntes superiores a estas podem
causar uma parada respiratória, contração de músculos ligados à
respiração e/ou à paralisia dos centros nervosos que comandam a
função respiratória. Se a corrente permanece, o indivíduo perde a
consciência e morre sufocado. A rapidez da aplicação da
respiração artificial (boca a boca), e do tempo pelo qual ela é
realizada, principalmente intervir imediatamente após o acidente
(em 3 ou 4 minutos no máximo) para evitar asfixia da vítima ou
mesmo lesões irreversíveis nos tecidos cerebrais é muito
importante nestas situações.
Efeito luminoso
A corrente elétrica num gás apresenta movimentos de íons e elétrons.
As constantes colisões dessas partículas com os átomos do gás faz
com que haja transferência de energia ; parte dessa energia faz com
que elétrons dos átomos sejam transferidos para níveis de energia
mais elevados. Quando retornam aos níveis anteriores, a energia
absorvida é então liberada sob forma de radiação. Alguns exemplos
clássicos são:
• Lâmpadas de vapor de mercúrio
• Lâmpada de vapor de sódio
• Letreiros luminosos de neon
• Luminosidade dos raios que ocorrem numa tempestade