Corrente Elétrica – Eletrodinâmica
Corrente Elétrica
Corrente Elétrica
Eletrodinâmica
A eletrodinâmica é a parte da Física que estuda partículas elétricas em movimento, que, fluindo (se movendo) de maneira ordenada num condutor constituem uma corrente elétrica cuja descoberta provocou uma revolução tecnológica, com o advento da eletricidade.
As figuras acima mostram algumas das consequências da evolução da energia elétrica.
Condutores elétricos
Para que um corpo seja condutor de eletricidade ele deve permitir que partículas eletrizadas
(eletrons livres, íons positivos ou negativos,etc.) se movimentem em seu interior.
Tipos de materiais condutores de eletricidade
Condutores metálicos 
os portadores de carga elétrica que se movem no interior desses
condutores metálicos são os elétrons livres (fracamente ligados ao núcleo atômico, que estão mais afastados deles).
Além disso, os metais oferecem grande mobilidade aos eletrons livres permitindo que eles se
espalhem por todo o metal.
Exemplos: cobre, ferro, chumbo, nquel, alumínio, prata, ouro, etc.
Soluções eletrolíticas (condutores líquidos) quem se desloca de maneira ordenada são os íons negativos e positivos (portadores de carga elétrica) que surgem da dissociação iônica de compostos ácidos, básicos ou salinos em solventes.
No exemplo acima, a corrente elétrica é constituida de íons positivos se movendo no sentido do eletrodo negativo (anodo) e íons negativos em sentido contrário, em direção ao eletrodo positivo (catodo).
Condutores gasosos os gases, geralmente isolantes, podem ser ionizados na presença de
um forte campo elétrico e formar suas partículas portadoras de cargas, os íons (positivos e negativos) e elétrons.
Quando ionizados, eles emitem luz. Os relâmpagos e raios obedecem basicamente a esse mesmo princípio.
Corrente elétrica (i)
Num fio metálico condutor, os elétrons livres não estão em repouso e seus movimentos são totalmente desordenados.
Sentido da corrente elétrica
Por convenção, o sentido da corrente elétrica é contrário ao sentido do movimento dos portadores de carga negativa.
Assim, num condutor sólido, o sentido da corrente elétrica é contrário ao do movimento dos
elétrons livres, nos líquidos, contrário ao movimento dos íons negativos e nos gases, contrário ao do movimento dos elétrons.
Intensidade da corrente elétrica
A intensidade da corrente elétrica i é definida como a razão entre a carga elétrica Q que atravessa uma seção transversal S do condutor dividida pelo intervalo de tempo
Esta expressão fornece a intensidade média de corrente elétrica, mas também pode medir corrente elétrica constante.
Unidade de Corrente elétrica
Tipos de correntes elétricas:
Corrente contínua (CC) o sentido e a intensidade desse tipo de corrente permanecem constantes com o decorrer do tempo.
Exemplos: baterias de carros e de motos (6V, 9V, 12V ou 24V), pilhas (1,5V), alimentam aparelhos
eletrônicos e os circuitos digitais de computadores, modems, celulares, etc.
Corrente alternada (CA) o sentido e a intensidade desse tipo de corrente variam
periodicamente com o tempo.
A corrente elétrica alternada, no Brasil, inverte seu sentido e retorna ao sentido original, 60 vezes por segundo, ou seja, sua frequência é de 60 Hz.
Efeitos da corrente elétrica
A passagem da corrente elétrica através de diversos tipos de condutores provoca, dependendo da natureza dos condutores, diferentes efeitos:
Efeito Joule (efeito térmico) quando os elétrons livres que se movem ordenadamente no interior do condutor se chocam contra os átomos desse material eles recebem energia e, ao receberem essa energia, vibram mais intensamente.
Esse aumento vibratório dos átomos do condutor provoca um aumento de sua temperatura, liberando calor e aquecendo-o, provocando a transformação da energia elétrica em energia térmica (efeito Joule).
Efeito fisiológico quando a corrente elétrica flui através de organismos vivos ela atua diretamente sobre o sistema nervoso, que atua sobre os músculos do corpo, provocando contrações musculares.
Efeito químico trata-se de um fenômeno elétrico molecular, que surge quando a corrente elétrica atravessa certas soluções eletrolíticas.
O aproveitamento do efeito químico se dá, por exemplo, nas pilhas, na eletrólise, e também na galvanoplastia que consiste na cromação, niquelação e prateação de objetos, recobrindo-os com uma fina camada de cromo, níquel, e prata, respectivamente.
Efeito luminoso trata-se um fenômeno elétrico molecular e surge quando gases ionizados emitem luz ao serem atravessados por uma corrente elétrica.
Como exemplo, temos as lâmpadas fluorescentes (usadas na iluminação de empresas), as
lâmpadas de vapor de mercúrio (usadas na iluminação de quadras esportivas), as lâmpadas de vapor de sódio (para iluminação de túneis e estradas), etc. onde ocorre transformação direta de energia elétrica em energia luminosa.
O que você deve saber, informações e dicas
Eletrodinâmica
Intensidade e sentido da corrente elétrica i
Gráfico da intensidade da corrente elétrica (i) em função do tempo (t)
Unidade de corrente elétrica (i)
Tipos de correntes elétricas
Os fios metálicos tem formato cilíndrico por que os elétrons livres, pelo fato de repelirem (cargas de mesmo sinal se repelem), ficam distribuídos uniformemente na superfície do fio, e não em seu interior.
Se os fios tivessem formato quadricular, os elétrons livres continuariam na superfície, mas se acumulariam nas pontas, não ficando mais uniformemente distribuídos na superfície.
Velocidade dos elétrons livres no interior de um fio condutor
Os elétrons, livres em um circuito no qual há uma corrente elétrica contínua, movem-se com velocidade muito pequena (apenas 0,1 mm/s, aproximadamente).
Entretanto, quando ligamos o interruptor do circuito, o campo elétrico que surge no condutor é estabelecido quase instantaneamente em todo fio, pois a velocidade de propagação desse campo é praticamente igual à da luz.
Então, em um tempo muito curto, todos os elétrons livres já estão em movimento, embora os elétrons que começaram a mover-se nas proximidades do interruptor só alcancem o final do filamento depois de um tempo muito longo.
Exercícios de vestibulares com resolução comentada sobre Corrente Elétrica
01- (UEL - PR)
Em relação à corrente elétrica, considere as afirmativas a seguir.
I. A corrente elétrica é uma grandeza escalar, definida como a razão entre a variação da quantidade de carga elétrica que flui em um meio em um intervalo de tempo.
II. A corrente elétrica convencional descreve o fluxo de cargas elétricas positivas.
III. Os elétrons fluem no interior dos metais com a velocidade da luz.
IV. O campo elétrico é o responsável por fazer cargas elétricas se movimentarem em um circuito elétrico.
Assinale a alternativa CORRETA.
a) Somente as afirmativas I e II são corretas.
b) Somente as afirmativas I e III são corretas.
c) Somente as afirmativas III e IV são corretas.
d) Somente as afirmativas I, II e IV são corretas.
e) Somente as afirmativas II, III e IV são corretas.
Resolução:
A única falsa é a III Os elétrons, livres em um circuito no qual há uma corrente elétrica contínua, movem-se com velocidade muito pequena (apenas 0,1 mm/s, aproximadamente).
Entretanto, quando ligamos o interruptor do circuito, o campo elétrico que surge no condutor é estabelecido quase instantaneamente em todo fio, pois a velocidade de propagação desse campo é praticamente igual à da luz.
Então, em um tempo muito curto, todos os elétrons livres já estão em movimento, embora os elétrons que começaram a mover-se nas proximidades do interruptor só alcancem o final do filamento depois de um tempo muito longo.
R- D
02- (URCA - CE)
O __________________ é explicado pelo aquecimento dos condutores, ao serem percorridos por uma corrente elétrica, estando os elétrons livres no condutor metálico possuem grande mobilidade podendo se deslocar se chocando com outros átomos da rede cristalina, durante seus movimentos, sofrem contínuas colisões com os átomos da rede cristalina desse condutor.
A cada colisão, parte da energia cinética do elétron livre é transferida para o átomo com o qual ele colidiu, e esse passa a vibrar com uma energia maior.
Esse aumento no grau de vibração dos átomos do condutor tem como consequência um aumento de temperatura.
Através desse aumento de temperatura ocorre o aparecimento da incandescência que nada mais é que a luz emitida nessa temperatura.
a) efeito Compton;
b) efeito Joule;
c) efeito fotoelétrico;
d) efeito Cerenkow;
e) efeito Doppler
Resolução:
R- B
03- (PUC - MG)
Os seguintes aparelhos são aplicações práticas do efeito de aquecimento de um fio devido à
corrente elétrica, EXCETO:
a) chuveiro elétrico.
b) ferro elétrico de passar.
c) lâmpada de incandescência.
d) flash de máquina fotográfica.
R- D
Se quiser veja informações abaixo sobre o flash
Um capacitor pode descarregar toda sua carga em uma pequena fração de segundo. É por isso que o flash eletrônico em uma câmera utiliza um capacitor. A pilha carrega o capacitor do flash durante vários segundos, e então o capacitor descarrega toda a carga no bulbo do flash quase que instantaneamente.
A energia utilizada em um flash de uma máquina fotográfica é armazenada em um capacitor que consiste em dois condutores separados por uma pequena distância e que possuem cargas contrárias.
04- (UNAMA - PA)
Considere os seguintes dispositivos elétricos comuns em nosso cotidiano: uma bateria de automóvel, uma lâmpada incandescente e uma lâmpada fluorescente.
Nesta sequência, a corrente elétrica no interior de cada aparelho é constituída, exclusivamente, por movimento de:
a) íons; elétrons; elétrons e íons
b) elétrons e íons; íons; elétrons
c) elétrons e íons; elétrons e íons; elétrons e íons
d) elétrons; elétrons; elétrons
e) íons; elétrons e íons; íons
Na bateria (solução líquida eletrolítica) as partículas portadoras de cargas são os íons; na lâmpada, o filamento é um condutor sólido e neles os portadores de cargas são os elétrons livres; na lâmpada fluorescente (gás ionizado) os portadores de carga são os íons e os elétrons.
R- A
05- (ETEC – SP)
Em uma indústria, um técnico nota, com o uso de um amperímetro, que o consumo de Intensidade de corrente em uma de suas máquinas está aumentando diariamente, provavelmente, devido a algum defeito na parte elétrica da máquina.
O técnico, a princípio, não se preocupa pelo fato de a máquina possuir disjuntores de proteção.
Sabendo que o amperímetro utilizado só indica intensidade de corrente em miliamperes e que os disjuntores são de 10 amperes, no momento em que os disjuntores desarmarem, a indicação no amperímetro, provavelmente, será de, aproximadamente:
(A) 10 mA.
(B) 1000 mA.
(C) 10000 mA.
(D) 100000 mA.
(E) 1000000 mA.
Resolução:
Unidade de corrente elétrica (i)
Pelo enunciado do exercício você deve transformar 10 A em miliampere.
R- A
06- (UFSM - RS)
Uma das aplicações dos raios X é na observação dos ossos do corpo humano.
Os raios X são obtidos quando elétrons emitidos por um filamento aquecido são acelerados por um campo elétrico e atingem um alvo metálico com velocidade muito grande.
Resolução:
Intensidade e sentido da corrente elétrica i
São dados:
R- C
07- (UNESP - SP)
O feixe de elétrons num tubo de televisão percorre uma distância de 0,50 m no espaço evacuado entre o emissor de elétrons e a tela do tubo.
Resolução:
08- (UNICAMP - SP)
A figura abaixo mostra como se pode dar um banho de prata em objetos, como, por exemplo, em talheres.
O dispositivo consiste em uma barra de prata e do objeto que se quer banhar imersos em uma solução condutora de eletricidade.
Considere que uma corrente de 6,0 A passa pelo circuito e que cada coulomb de carga transporta aproximadamente 1,1 mg de prata.
a) Calcule a carga que passa nos eletrodos em uma hora.
b) Determine quantos gramas de prata são depositados sobre o objeto da figura em um banho de 20 minutos.
Resolução:
09- (FUVEST - SP)
Medidas elétricas indicam que a superfície terrestre tem carga elétrica total negativa de, aproximadamente, 600.000 coulombs.
Em tempestades, raios de cargas positivas, embora raros, podem atingir a superfície terrestre.
A corrente elétrica desses raios pode atingir valores de até 300.000 A. Que fração da carga elétrica da Terra poderia ser compensada por um raio de 300.000 A e com duração de 0,5 s?
Resolução:
Cálculo da carga elétrica Q contida num raio de i = 300.000 A e com duração
de Δt = 0,5 s
R- C
10- (UFRS - RS)
O gráfico da figura representa a intensidade da corrente elétrica i em um fio condutor, em função do tempo transcorrido t.
Calcule a carga elétrica Q que passa por uma seção do condutor nos dois primeiros segundos.
Resolução:
Gráfico da intensidade da corrente elétrica (i) em função do tempo (t)
Q = área do retângulo = b.h = 2.4 Q = 8 C
11- (PUCCAMP - SP)
A enguia elétrica ou poraquê, peixe de água doce da região amazônica chega a ter 2,5 m de comprimento e 25 cm de diâmetro.
Na cauda, que ocupa cerca de quatro quintos do seu comprimento, está situada a sua fonte de tensão – as eletroplacas.
Dependendo do tamanho e da vitalidade do animal, essas eletroplacas podem gerar uma tensão de 600 V e uma corrente de 2,0 A, em pulsos que duram cerca de 3,0 milésimos de segundo, descarga suficiente para atordoar uma pessoa ou matar pequenos animais.
(Adaptado de Alberto Gaspar. “Física”. v.3. São Paulo: Ática, 2000, p. 135)
Numa descarga elétrica da enguia sobre um animal, o número de cargas elétricas elementares que percorre o corpo do animal, a cada pulso, pode ser estimado em:
Resolução:
R- D
12- (FUVEST - SP)
Com o objetivo de criar novas partículas, a partir de colisões entre prótons, está sendo desenvolvido, no CERN (Centro Europeu de Pesquisas Nucleares), um grande acelerador (LHC).
Nele, através de um conjunto de ímãs, feixes de prótons são mantidos em órbita circular, com velocidades muito próximas à velocidade c da luz no vácuo.
Os feixes percorrem longos tubos, que juntos formam uma circunferência de 27 km de comprimento, onde é feito vácuo.
Um desses feixes contém N = 3,0.1014 prótons, distribuídos uniformemente ao longo dos tubos, e cada próton tem uma energia cinética E de 7,0.1012 eV.
Os prótons repassam inúmeras vezes por cada ponto de sua órbita, estabelecendo, dessa forma, uma corrente elétrica no interior dos tubos. Analisando a operação desse sistema, estime:
a) A energia cinética total Ec, em joules, do conjunto de prótons contidos no feixe.
b) A velocidade V, em km/h, de um trem de 400 toneladas que teria uma energia cinética equivalente à energia do conjunto de prótons contidos no feixe.
c) A corrente elétrica I, em amperes, que os prótons em movimento estabelecem no interior do tubo onde há vácuo.
ATENÇÃO! Não utilize expressões envolvendo a massa do próton, pois, como os prótons estão a velocidades próximas à da luz, os resultados seriam incorretos.
Resolução:
13- (UFPE - PE)
O gráfico mostra a variação da corrente elétrica I, em ampère, num fio em função do tempo t, em segundos.
Qual a carga elétrica, em coulomb, que passa por uma seção transversal do condutor nos primeiros 4,0 segundos?
a) 5
b) 10
c) 15
d) 20
e) 25
Resolução:
Em todo gráfico corrente elétrica x tempo a carga elétrica Q é numericamente igual à área
compreendida entre a reta representativa e o eixo do tempo (figura acima).
R- B
14- (UNICENTRO – PR)
A variação da corrente elétrica, em um fio condutor, em função do tempo está representada no gráfico abaixo.
Nessas condições, pode-se afirmar que a quantidade de carga que atravessa uma seção transversal do fio, no intervalo de tempo entre 0 e 6 minutos, é igual a
A) 90C
B) 80C
C) 70C
D) 60C
E) 50C
Resolução:
Intensidade e sentido da corrente elétrica i
Gráfico da intensidade da corrente elétrica (i) em função do tempo (t)
R- A
15- (UNICAMP - SP)
Tecnologias móveis como celulares e tablets têm tempo de autonomia limitado pela carga armazenada em suas baterias.
O gráfico abaixo apresenta, de forma simplificada, a corrente de recarga de uma célula de bateria de
íon de lítio, em função do tempo.
Considere uma célula de bateria inicialmente descarregada e que é carregada seguindo essa curva de corrente.
A sua carga no final da recarga é de
a) 3,3 C
b) 11.880 C
c) 1.200 C
d) 3.300 C
Resolução:
Corrente Elétrica