Organizador Prévio 4: Eletrodinâmica

Corrente e Resistência

Nos circuitos simples que vamos tratar aqui, os materiais usados são me tais condutores. Os metais condutores de eletricidade são também condutores de calor. Se você colocar uma colher metálica na água quente, logo perceberá que o calor é conduzido através do cabo da colher. É por isso que os cozinheiros preferem colheres com cabo de madeira, ou, mais modernamente, colheres de teflon

A razão pela qual esses metais são bons condutores de eletricidade e de calor é a mesma: eles têm muitos elétrons livres. E tanto o calor, quanto a cor rente elétrica são conduzidos basicamente pelos elétrons livres. Todos os mate riais são constituídos de átomos, e estes são constituídos de um núcleo (com prótons e nêutrons) e de elétrons que ficam o orbitando em volta do núcleo. Como os elétrons são negativos, e o núcleo é positivo, eles se atraem. É por isso que os elétrons ficam orbitando em torno do núcleo. Todavia, nos metais condu tores, alguns desses elétrons são fracamente ligados ao núcleo, de modo que eles podem facilmente saltar de um átomo para outro. Esses são os elétrons livres, os responsáveis pela condução do calor e da eletricidade.

Vejamos o caso da colher metálica na água fervente. As moléculas da água estão agitadas, com altos valores de energia cinética, por causa da alta temperatura. Quando entram em contato com a colher, as moléculas da água transferem parte da energia cinética para a colher. Os elétrons livres na parte da colher em contato com a água ficam mais agitados que os do cabo, mas rapida mente transferem energia para os elétrons próximos, até que os elétrons do cabo também ganham energia cinética, e, portanto, ficam com temperatura mais alta.

No caso da corrente elétrica o fenômeno é muito parecido. Em vez da água fervente, temos uma bateria, que cria um campo elétrico quando ligamos um material condutor entre seus terminais. Esse campo elétrico se espalha pelos condutores e fornece energia cinética a todos os elétrons livres. É essa trans missão de energia que medimos como corrente elétrica. De modo similar ao caso da colher metálica, que fica aquecida por causa da energia cinética dos elétrons, quando uma corrente elétrica passa por um resistor, a energia cinética dos elé trons aumenta, e o resistor é aquecido. Voltaremos a discutir esse fenômeno nos próximos capítulos.

O que importa aqui é definir o que são resistores. Como foi dito acima, os materiais usados nos circuitos que aqui estudaremos, são feitos de metais con dutores. Alguns metais conduzem mais do que outros. Cada material tem uma propriedade, chamada condutividade elétrica, que define sua capacidade de conduzir corrente elétrica. Conhecendo essa propriedade e as dimensões de um fio (área da seção reta e comprimento), é possível calcular a resistência elétrica do fio. Quanto maior a resistência, menor a corrente que passa pelo fio, para66 uma dada voltagem aplicada. Voltaremos a essa questão quando formos discutir a lei de Ohm.

A unidade de resistência elétrica é o Ohm, cujo símbolo é Ω. Nas aplica ções comerciais, os valores típicos são na faixa de mil Ohms, ou kΩ. O valor da resistência vem marcado no resistor por meio de um código de cores. Por exem plo, na figura abaixo, a resistência à esquerda (fig. a) é de 1,5 kΩ, enquanto a outra (fig. b) é de 10 kΩ.

Mais adiante vamos discutir detalhadamente a corrente elétrica em circui tos simples, mas para apresentar o capacitor e o indutor é necessário termos alguma ideia da corrente produzida por uma bateria. O circuito mais simples que podemos montar consiste em uma bateria conectada a uma lâmpada incandes cente. Ao lado o mesmo circuito representado pelos símbolos de bateria e de resistência. Uma lâmpada incandescente é simplesmente um conjunto de resis tências, que pode ser representada por uma única resistência.

A bateria fornece uma voltagem, que faz circular uma corrente ao longo do circuito. Podemos dizer a mesma coisa com outras palavras. A bateria cria um campo elétrico que faz circular uma corrente elétrica. Ainda há outra forma de dizer isso. A bateria cria um campo elétrico que provoca o movimento de elétrons que resulta na corrente elétrica. Quando esse tipo de circuito foi estu dado pela primeira vez, no início do século 19, o elétron ainda não havia sido descoberto, de modo que ninguém sabia ao certo quem transportava a corrente elétrica. Foi então que convencionaram definir a corrente elétrica como um fluxo que sai do polo positivo para o negativo. Ou seja, trata-se de uma corrente como se os portadores fossem cargas positivos. Mas, desde a descoberta do elétron, em 1897, é sabido que os portadores de corrente são elétrons. Portanto, o mo vimento da corrente real, ou corrente eletrônica é do polo negativo para o posi tivo.

O processo da corrente elétrica se dá mais ou menos assim: quando a bateria é ligada à resistência, ela tende a empurrar os elétrons que estão próxi mos. Esses elétrons tendem a empurrar os outros que estão à sua frente, e esse empurra-empurra resulta na corrente elétrica, que termina chegando no polo po sitivo. O que acontece quando os elétrons chegam no polo positivo? Deixaremos para discutir essa questão mais adiante.