Prévia do material em texto

CARGAS EM MOVIMENTO 
 
1 WWW.DOMINACONCURSOS.COM.BR 
Cargas em Movimento 
O movimento de partículas carregadas em condutores é diferente do movimento de partículas no 
espaço vazio. Após a aplicação de uma diferença de potencial, as partículas carregadas livres são 
aceleradas momentaneamente, sofrendo colisões inelásticas com as partículas fixas do condutor. 
Ao aplicarmos uma diferença de potencial VA – VB, esta origina, no interior de um condutor, um campo 
elétrico E, cujo sentido é do polo positivo para o polo negativo. Inserido nesse campo elétrico, os 
elétrons ficam sujeitos a uma força elétrica Fel = q.E de sentido oposto à do vetor campo elétrico. Os 
elétrons adquirem movimento ordenado. Chamamos esse movimento das partículas carregadas de 
CORRENTE ELÉTRICA. 
Intensidade de corrente elétrica 
Chamamos de intensidade média de corrente elétrica a razão entre a variação da carga ?q, que 
atravessa um condutor, pela variação do tempo, ou seja, 
 
 
Nesse caso, podemos observar que a intensidade de corrente elétrica é constante. 
 
Quando a corrente varia com o tempo, define-se intensidade de corrente instantânea, o limite da 
intensidade média, quando o tempo ?t tende a zero. 
 
 
 
Circuito elétrico 
Um circuito elétrico é o conjunto de aparelhos onde se pode estabelecer uma corrente elétrica. 
Efeitos de corrente elétrica 
Ao passar por um condutor a corrente elétrica pode causar diversos efeitos, dependendo da natureza 
do condutor. Os mais comuns e mais importantes são: 
 
Efeito fisiológico: É a passagem da corrente elétrica por organismos vivos. Chamado de choque 
elétrico, a corrente passa pelo corpo e age diretamente no sistema nervoso, provocando contrações 
musculares. 
Nesse caso, se a intensidade estiver entre 10 mA e 3 A, essa corrente pode ser fatal, pois atravessa 
todo o tórax, atingindo o coração com intensidade suficiente para alterar o ritmo cardíaco. 
Efeito Joule: Ao entrarem em movimento, os elétrons se chocam com as partículas do condutor, que 
recebem energia e passam a vibrar com maior intensidade. Essa variação na vibração acarreta um 
aumento da temperatura. Em geral esse efeito é aplicado em aquecedores, chuveiros, etc. 
Podemos entender mais facilmente a ideia de como o potencial elétrico se transforma em energia 
elétrica a partir de um exemplo que utiliza os similares mecânicos dessas grandezas. 
 
Nas usinas hidrelétricas, as águas do lago, enquanto em repouso, possuem energia potencial 
gravitacional, que é diretamente proporcional às massas disponíveis. Quando escoadas através do 
vertedouro, essa energia potencial se transforma em energia cinética, que pode ser transferida para as 
turbinas na forma de energia mecânica. 
 CARGAS EM MOVIMENTO 
 
2 WWW.DOMINACONCURSOS.COM.BR 
De modo semelhante, o potencial elétrico de um ponto está associado às interações capazes de 
colocar uma carga elétrica em movimento, que é o que mais nos interessa quanto a esta propriedade. 
Para medir o potencial elétrico 
O potencial elétrico de um ponto é medido a partir da quantidade de energia potencial adquirida por 
uma carga elétrica de prova, colocada sob a ação do campo elétrico testado. 
 
O resultado, medido em Volts [V], é definido pela equação: 
V=Epq 
Onde: 
 
V = potencial elétrico (V); 
Ep = Energia potencial (J); 
q = carga de prova (C). 
Movimento das cargas elétricas 
Prosseguindo na analogia entre grandezas elétricas e mecânicas, sabemos que as águas do lago 
fluem espontaneamente de um ponto mais alto para outro mais baixo, ou seja, de um ponto de maior 
potencial gravitacional para outro de menor, transformando energia potencial em cinética nesse 
processo. 
 
Da mesma forma o fluxo de cargas elétricas também é causada por uma diferença de potencial, só que 
no caso, uma diferença de potencial elétrico, também chamada tensão elétrica. 
 
O movimento das cargas elétricas ocorre quando existe uma diferença de potencial elétrico entre dois 
pontos, seguindo as cargas do pólo negativo para o pólo positivo. Esta diferença de potencial elétrico é 
o que cotidianamente chamamos de voltagem, por ser medida em Volts. 
Corrente elétrica 
Quando esta diferença de potencial é aplicada sobre um fio condutor metálico, os elétrons livres que se 
movem de modo caótico entre as moléculas do metal passam a se mover de modo ordenado, na 
direção do pólo positivo. Esta movimentação ordenada de cargas elétricas ao longo de um condutor é o 
que chamamos de corrente elétrica. 
A corrente elétrica é medida em ampères [A], sendo que um ampère representa um fluxo de cargas de 
1 coulomb por segundo ao longo do condutor. 
 
A corrente elétrica é um deslocamento orientado de elétrons por um condutor. Esse deslocamento 
nunca será totalmente livre, uma vez que as características físicas dos condutores definirão uma 
propriedade conhecida como resistência elétrica, cuja unidade de medida é o ohm, frequentemente 
representado pela letra grega ômega. 
Material e Geometria 
A resistência elétrica é definida pelo material de que o condutor é feito e pela geometria do condutor, 
sendo tanto menor quanto maior a área da secção transversal e tanto maior quanto maior o 
comprimento do condutor. 
 
Mais uma vez podemos recorrer à comparação com um fluxo de água, cuja resistência ao passar por 
um tubo diminuirá à medida que o diâmetro do tubo aumentar. 
 
As três grandezas que vimos até aqui - diferença de potencial elétrico, corrente elétrica e resistência 
elétrica - definem uma das equações fundamentais da eletricidade, a lei de Ohm, descrita pelo 
enunciado abaixo: 
 CARGAS EM MOVIMENTO 
 
3 WWW.DOMINACONCURSOS.COM.BR 
U=R.I 
Onde: 
 
U = Diferença de potencial elétrico (medido em Volts [V]); 
R = Resistência elétrica do condutor (medida Ohms [ ]; 
I = Corrente Elétrica (medida em Ampéres [A]). 
 
A diferença de potencial, chamada de tensão ou voltagem, pode ser representada também pela letra V. 
Circuito simples 
A figura abaixo mostra um circuito elétrico simples, em que uma corrente elétrica I, produzida por uma 
diferença de potencial V, circula por um condutor e passa pela resistência R. 
• 
 
O coração do circuito elétrico é o gerador. Geradores fornecem a força eletromotriz que coloca os 
elétrons em movimento orientado, formando a corrente elétrica. 
 
Como vimos anteriormente, essa força eletromotriz se manifesta na forma de uma diferença de 
potencial, que fará com que a corrente se desloque do ponto de maior para o de menor potencial 
elétrico. 
Eletromagnetismo 
Os geradores são aplicações práticas dos princípios do eletromagnetismo. Basicamente, um gerador 
elétrico é constituído de um enrolamento de fio condutor e de um imã. A diferença de potencial é 
gerada pelo movimentação dos pólos norte e sul do campo magnético em relação ao enrolamento, 
conforme a figura que segue: 
• 
Estruturalmente, não existe diferença entre motores e geradores elétricos. Podemos dizer que um 
gerador elétrico é um motor elétrico invertido e vice-versa. 
 
No gerador, fornecemos movimento às partes móveis para que a rotação do enrolamento elétrico entre 
os pólos magnéticos produza uma diferença de potencial e uma corrente elétrica. 
 
No motor elétrico, formado pelos mesmos componentes, fornecemos uma diferença de potencial e uma 
corrente, obtendo como resultado o movimento fornecido pelo motor. 
 CARGAS EM MOVIMENTO 
 
4 WWW.DOMINACONCURSOS.COM.BR 
Quando uma partícula eletrizada é lançada em um campo magnético uniforme, ela poderá descrever 
no interior desse campo diversos tipos de movimento, conforme a direção de sua velocidade em 
relação ao campo magnético. 
Considere que uma partícula eletrizada com uma carga elétrica q foi lançada com velocidade v no 
interior de um campo magnético uniforme de indução B. A partícula realizará movimento uniforme no 
interior desse campo. Os diferentes tipos de trajetória que essa partícula pode descrever dependem 
dos diferentes ângulos de lançamento α entre os vetores ve B. 
Primeiro caso 
- a partículaeletrizada com carga elétrica q é lançada paralelamente às linhas de indução, isto é, v é 
paralelo ou antiparalelo a B. Nesse caso, α = 0° ou α = 180°. Vejamos a figura abaixo. 
 
Como sen 0° = 0 e sen 180° = 0, concluímos, de Fmg=|q|.v.B.sen α, que a força magnética que age na 
partícula é nula. Isso significa que a partícula realiza, no interior do campo magnético, movimento 
retilíneo e uniforme. 
Segundo Caso 
- a partícula eletrizada com carga elétrica q é lançada perpendicularmente às linhas de indução, isto 
é, v é perpendicular a B. Nesse caso, α = 90°. Vejamos a figura abaixo. 
 
Nessa situação, como α = 90°, a força magnética Fmg age como uma força centrípeta, modificando 
apenas a direção da velocidade v da partícula de carga elétrica q, sem provocar variações em seu 
módulo. Desse modo, essa partícula passa a descrever no interior do campo magnético 
um movimento circular uniforme. 
 
Terceiro caso 
 CARGAS EM MOVIMENTO 
 
5 WWW.DOMINACONCURSOS.COM.BR 
- a partícula eletrizada com carga elétrica q é lançada obliquamente em relação às linhas de indução. 
Nesse caso, devemos decompor o vetor velocidade v segundo duas componentes: – componente 
de v na direção normal à direção de B e – componente de v na direção de B. Essa componente 
determina um movimento retilíneo e uniforme. 
Teremos, então, uma combinação das trajetórias dos casos 1 e 2 e, como resultado, obteremos 
uma hélice cilíndrica, conforme mostrado na figura abaixo. 
 
Corrente elétrica é o fluxo ordenado de partículas portadoras de carga elétrica ou é 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.). 
Sabe-se que, 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 movimento de deriva das cargas livres. 
Raios são exemplos de corrente elétrica, bem como o vento solar, porém a mais conhecida, 
provavelmente, é a do fluxo de elétrons ou eletrões através de um condutor elétrico, 
geralmente metálico. 
A intensidade I da corrente elétrica é definida como a razão entre o módulo da quantidade de 
carga ΔQ que atravessa certa secção transversal (corte feito ao longo da menor dimensão de um 
corpo) do condutor em um intervalo de tempo Δt. 
A unidade padrão no 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 dQ transferida durante um intervalo infinitesimal dt dividida pelo tempo. 
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. 
Corrente contínua (CC ou DC - do inglês direct current) é o fluxo ordenado de cargas elétricas no 
mesmo sentido. Esse tipo de corrente é gerado por baterias de automóveis ou de motos (6, 12 ou 24V), 
pequenas baterias (geralmente de 9V), pilhas (1,2V e 1,5V), dínamos, células solares e fontes de 
alimentação de várias tecnologias, que retificam a corrente alternada para produzir corrente contínua. 
Corrente Alternada 
 CARGAS EM MOVIMENTO 
 
6 WWW.DOMINACONCURSOS.COM.BR 
 
Forma de onda da corrente alternada. 
Corrente alternada (CA ou AC - do inglês alternating current) é uma corrente elétrica cujo sentido varia 
no tempo, ao contrário da corrente contínua cujo sentido permanece constante ao longo do tempo. A 
forma de onda usual em um circuito de potência CA é senoidal por ser a forma de transmissão de 
energia mais eficiente. Entretanto, em certas aplicações, diferentes formas de ondas são utilizadas, tais 
como triangular ou ondas quadradas. Enquanto a fonte de corrente contínua é constituída pelos pólos 
positivo e negativo, a de corrente alternada é composta por fases (e, muitas vezes, pelo fio neutro). 
Sentido da corrente 
 
De acordo com a lei de Ampère, uma corrente elétrica produz um campo magnético. 
No início da história da eletricidade definiu-se o sentido da corrente elétrica como sendo o sentido do 
fluxo de cargas positivas, 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 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 real da corrente elétrica depende da natureza do condutor. 
A corrente elétrica não é exclusividade dos meios sólidos - ela pode ocorrer também nos gases e 
nos líquidos. Nos sólidos, as cargas cujo fluxo constitui a corrente real são os elétrons livres. Nos 
líquidos, os portadores de corrente são íons positivos e íons negativos. Nos gases, são íons positivos, 
íons negativos e 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. 
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 
 CARGAS EM MOVIMENTO 
 
7 WWW.DOMINACONCURSOS.COM.BR 
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). 
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. Por exemplo: se, 
numa solução iônica, são colocados dois eletrodos ligados a uma 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. 
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, condutoresmais conhecidos, 
temos elétrons como portadores de carga livres. Essas partículas oscilam aleatoriamente a velocidades 
médias da ordem de 105 a 106 m/s. No entanto o movimento de deriva se dá a uma taxa da ordem de 
10-3m/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. 
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) dada em volts 
aplicada ao componente e a corrente elétrica que passa por ele é constante. 
_________________________________________________________________________________ 
_________________________________________________________________________________ 
_________________________________________________________________________________ 
_________________________________________________________________________________ 
_________________________________________________________________________________ 
_________________________________________________________________________________ 
_________________________________________________________________________________ 
_________________________________________________________________________________ 
_________________________________________________________________________________