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CORRENTE ELÉTRICA

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.

Corrente Elétrica
Corrente Elétrica

Corrente Elétrica

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.

Corrente Elétrica
Corrente Elétrica
4. Gerador simples. Quando o fio enrolado em espiral gira dentro do campo magnético,
a corrente elétrica é induzida no circuito e a lâmpada acende.
Este dispositivo ilustra o princípio básico da geração de eletricidade.

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.

TRANSFORMADORES

Quando duas espirais isolantes são enroladas sobre o mesmo núcleo de ferro doce e uma delas é percorrida por corrente alternada, ocorre indução de corrente no outro. A proporção entre o número de voltas na bobina de entrada (N1) e na de saída (N2) determina a proporção entre a voltagem de saída (V2) e a de entrada (V1).

Esta relação é expressa como:

Corrente Elétrica

Desta forma, os transformadores podem ou ampliar ou reduzir a voltagem. O efeito que exercem sobre a corrente é o inverso. Este princípio é usado para se transmitir energia a longa distância com eficiência.

Corrente Elétrica

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

 

 

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