Corrente Eletrica

Eletricidade e magnetismo - corrente elétrica 1

Corrente Elétrica


Corrente elétrica

● A corrente elétrica é definida como um fluxo de elétrons por unidade de tempo:

Material condutor

I

II= Q t

[C / segundo]ou [A] Ampere


Corrente elétrica● Quando campos elétricos são aplicados a materiais condutores, ao contrário do que

acontece com os materiais dielétricos, surge uma corrente elétrica – fluxo de elétrons dentro do material condutor. A corrente elétrica surge porque:

● os elétrons livres do material condutor sofrem a ação do campo elétrico – força agindo sobre os elétrons

● Os elétrons são acelerados pelo campo elétrico e sofrem colisões com a rede cristalina do material condutor, derivando de um átomo para outro.

● Pode-se demonstrar que a densidade de corrente J é proporcional a esse campo elétrico:

J= E−condutividade do material condutor [−1m ]

E−campoelétrico aplicadoao trechocondutor [Vm ]

J−densidade decorrente [ Am2 ]


Corrente elétrica

● A relação entre J (densidade de corrente) e I (corrente) é simples:

Material condutor

I

II=∫S J ds

I−corrente total na seçãocondutora [ A]

S−área da seçãocondutora [m2]

J −densidade decorrente [ Am2 ]

SJ


Corrente elétrica

● Para a maioria das aplicações práticas, pode-se considerar J constante na seção condutora =>

Material condutor

I=J⋅S

I

I

SJ


Potencial elétrico● O conceito de potencial elétrico, juntamente com o de corrente

elétrica forma a base da Engenharia Elétrica e suas aplicações● A partir do conceito de campo elétrico que foi desenvolvido

anteriormente neste curso, pode-se definir potencial elétrico como:

Potencial elétrico é a energia potencial por unidade de carga de um campo elétrico

A expressão acima indica que o potencial entre dois pontos A e B é a energia necessária para deslocar uma unidade de carga no campo elétrico E entre esses dois pontos. V

AB é chamado de

diferença de potencial entre A e B.

W=−Q∫A

BE⋅dl

V AB=WQ

=−∫A

BE.dl


Resistência elétrica● Ao ser aplicada uma diferença de potencial (devido a um campo

elétrico) a um corpo de material condutor surge uma corrente elétrica. A resistência é definida como a relação entre essas duas grandezas.

● A resistência elétrica representa o conjunto de forças amortecedoras do movimento dos elétrons dentro do condutor

R=VI

V em volt [V ] I em Ampere[A]

R em ohm []


Resistência elétrica● Utilizando as relações vistas anteriormente: =>

supondo campoelétrico uniforme, l é ocomprimento do material condutor⇒E=Vl

condutor com seçãoreta uniforme⇒ J= IS

e lembrandoque J= E

⇒ R=VI= l S

I

-

-

-

-

-

-

l

V + -

Sσ


Resistores x condutores● Dessa maneira, conhecendo a geometria do condutor (l e S) e sua

condutividade (σ) pode ser determinada a sua resistência elétrica● Componentes especialmente projetados para apresentar um

determinado valor de resistência são chamados de resistores – são feitos de materiais com condutividades médias (por exemplo carbono)

● Nas aplicações práticas, chamamos de condutores elétricos os cabos e fios que conduzem a energia elétrica nos sistemas de transmissão e distribuição e nos circuitos eletrônicos – são normalmente feitos de cobre ou alumínio (condutividades elevadas)

● Esses dois componentes apresentam resistência, muito baixa no caso dos condutores elétricos e no caso dos resistores definida segundo a aplicação.


Circuito elétrico básico● Em circuito elétricos a intensidade de corrente é “controlada” através

de resistores, componentes que apresentam normalmente resistividade bem maior que a dos materiais condutores.

+ _

Resistor R

Bateria

Condutor elétrico

I

V

Além de limitar a corrente, resistores tem como aplicação:- divisores de tensão- aquecimento


Circuito elétrico básico● Componentes reais

Resistor de fio (ajustável)

Resistor de fio

Resistores de fio podem atingir potências de até 200 W

Tamanhos relativos de resistores de filme de metal (1/8 W, ¼ w, ½ W e 1 W)

A potência de um resistor depende de sua área superficial)


Exercícios● Encontre a resistência de 3 km de de fio de cobre com uma área de 4

mm2 (1mm2 = 10-6 m2). A condutividade do cobre é de 5,8 x 10 7 siemens/metro.

● A partir de 10 mA de intensidade de corrente começam a ocorrer danos ao organismos humano. E um circuito eletrônico são geradas tensões de até 1 kV por uma fonte interna. Essas tensões podem por falha mecânica vir a entrar em contato com o usuário. Qual o valor do resistor em série com essa fonte interna que você colocaria para proteger os suários desse circuito eletrônico?

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