Corrente elétrica
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Na Física, corrente elétrica é o fluxo líquido de qualquer carga elétrica. Raios são exemplos de corrente elétrica, bem como o vento solar, porém a mais conhecida, provavelmente, é a do fluxo de elétrons através de um condutor elétrico, geralmente metálico.
O símbolo convencional para representar a intensidade de corrente elétrica (ou seja, a quantidade de carga Q que flui por unidade de tempo t) é o I, original do alemão Intensität, que significa intensidade.
A unidade padrão no SI para medida de corrente é o ampère. A corrente elétrica é também chamada informalmente de amperagem. Embora seja um termo válido, alguns engenheiros repudiam o seu uso.
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[editar] Corrente convencional
Corrente convencional era definida, no início da história da ciência da eletricidade, como sendo o fluxo de cargas positivas. Em condutores metálicos, como fios, as cargas positivas são imóveis, e portanto, apenas as cargas negativas fluem, em sentido contrário à corrente convencional, mas isto não é o que acontece na maioria dos condutores não-metálicos. Em outros materiais, partículas carregadas fluem em ambas as direções ao mesmo tempo. Nas soluções químicas, a corrente pode ser derivada pelo movimento de íons, tanto positivos como negativos. Correntes elétricas no plasma são o fluxo de elétrons bem como o de íons negativos. No gelo e em certos eletrólitos sólidos, o fluxo de próton constitui a corrente elétrica. Para simplificar essa situação, a definição original da corrente convencional ainda permanece.
Também temos casos onde são elétrons (cargas negativas) que estão se movendo, mas é mais sensato falar em buracos positivos se deslocando. Isto acontece em semicondutores do tipo p.
[editar] A velocidade da corrente elétrica
As partículas carregadas que se movimentam causando corrente elétrica nem sempre se deslocam em linha reta. Em metais, por exemplo, elas seguem um caminhos desordenados, pulando de um átomo para outro, mas geralmente impulsionadas em direção do campo elétrico. A velocidade com a qual elas são puxadas pode ser calculado pela equação:
- I = nAvQ
onde
- I é a corrente
- n é o número de partículas carregadas por unidade de volume
- A é a área da secção transversal do condutor
- v é a velocidade de impulso
- Q é a carga de uma partícula (carga elementar).
[editar] Densidade de corrente
A corrente elétrica I se relaciona com a densidade de corrente elétrica J através da fórmula
onde, no SI,
- φ é a corrente medida em ampères
- j é a "densidade de corrente" medida em ampères por metro quadrado
- A é a área pela qual a corrente circula, medida em metros quadrados
A densidade de corrente é definida como:
onde
- n é a densidade de partículas (número de partículas por unidade de volume)
- x é a massa, carga, ou outra característica na qual o fluxo poderia ser medido
- u é a velocidade média da partícula em cada volume
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.
[editar] 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.
[editar] Lei de Ohm
Para componentes eletrônicos que obedecem à lei de Ohm, a relação entre a tensão (U) aplicada ao componente e a corrente elétrica que passa por ele é constante. Esta razão é chamada de resistência elétrica e vale a equação:
[editar] Efeitos da corrente elétrica
A passagem da corrente elétrica através dos condutores acarreta diferentes efeitos, dependendo da natureza do condutor e da intensidade da corrente. É comum dizer-se que a corrente elétrica tem cinco efeitos principais: fisiológico, térmico (ou Joule), químico, magnético e luminoso.
Efeito térmico: O efeito térmico, também conhecido como efeito Joule, é causado pelo choque dos elétrons livres contra os átomos dos condutores. Ao receberem energia, os átomos vibram mais intensamente. Quando maior for à vibração dos átomos, maior será a temperatura do condutor. Nessas condições observa-se, externamente, o aquecimento do condutor. Esse efeito é muito aplicado nos aquecedores em geral, como o chuveiro. Em um chuveiro, a passagem da corrente elétrica pela “resistência” provoca o efeito térmico ou efeito Joule que aquece a água. Qualquer condutor sofre um aquecimento ao ser atravessado por uma corrente elétrica. Nos condutores se processa a transformação da energia elétrica em energia térmica. Esse efeito é à base de funcionamento dos aquecedores elétricos, chuveiros elétricos, secadores de cabelo, lâmpadas térmicas, ferro de passar, ferro de soldar, sauna, etc.
Efeito químico: O efeito químico corresponde aos fenômenos elétricos nas estruturas moleculares, objeto de estudo da eletroquímica. Caracteriza-se pela dossiciação de uma substância química através de uma diferença de potencial (ddp). Ao se estabelecer uma ddp em eletrodos imersos numa solução eletrolítica, produz-se um efeito químico denominado eletrólise. É muito aplicado, por exemplo, no recobrimento de matais (niquelação, cromação, prateação, etc). A exploração desse efeito é utilizada nas pilhas, na eletrólise.
Efeito magnético: O efeito magnético é aquele que se manifesta pela criação de um campo magnético na região em torno da corrente. A existência de um campo magnético em determinada região pode ser constatada com o uso de uma bússola: ocorrerá desvio de direção da agulha magnética. Este é o efeito mais importante da corrente elétrica, constituindo a base do funcionamento dos motores, transformações, relés, etc.
Efeito luminoso: Também é um fenômeno elétrico em nível molecular. A excitação eletrônica pode dar margem à emissão de radiação visível, tal como observamos nas lâmpadas fluorescentes. E, determinadas condições, a passagem da corrente elétrica através de um gás rarefeito faz com que ele emita luz. As lâmpadas fluorescentes e os anúncios luminosos são aplicações desse efeito. Neles há transformação direta de energia elétrica em energia luminosa.
Efeito fisiológico: O efeito fisiológico corresponde à passagem da corrente elétrica por organismos vivos. A corrente elétrica age diretamente no sistema nervoso, provocando contrações musculares; quando isso ocorre, dizemos que houve um choque elétrico. A condição básica para se levar um choque é estar sob uma diferença de potencial (D.D.P), capaz de fazer com que circule uma corrente tal que provoque efeitos no organismo. O pior caso de choque é aquele que de origina quando uma corrente elétrica entra pela mão de uma pessoa e sai pela outra. Nesse caso, atravessando o tórax da ponta a ponta, ela tem grande chance de afetar o coração e a respiração. O valor mínimo de intensidade de corrente que se pode perceber pela sensação de cócegas ou formigamento leve é 1 mA. Entretanto, com uma corrente de intensidade 10 mA, a pessoa já perde o controle dos músculos, sendo difícil abrir a mão e livrar-se do contato (tetanização). O valor mortal está compreendido entre 10 m e 3 A, aproximadamente. Nesses valores, a corrente, atravessado o tórax, atinge o coração com intensidade suficiente para modificar seu ritmo (fibrilação ventriculada).
Cada efeito fisiológico que o choque elétrico produz no ser humano:
TETANIZAÇÃO : é a paralisia muscular provocada pela circulação de corrente através dos nervos que controlam os músculos. A corrente supera os impulsos elétricos que são enviados pela mente e os anula, podendo bloquear um membro ou o corpo inteiro, e de nada vale neste caso a consciência do indivíduo e a sua vontade de interromper o contato.
PARADA RESPIRATÓRIA : quando estão envolvidos na tetanização os músculos dos pulmões, isto é, os músculos peitorais são bloqueados e pára a função vital da respiração. Isto se trata de uma grave emergência, pois todos nós sabemos que o humano não agüenta muito mais que 2 minutos sem respirar.
QUEIMADURAS : a corrente elétrica circulando pelo corpo humano é acompanhada pelo desenvolvimento de calor produzido pelo Efeito Joule, podendo produzir queimaduras em todos os graus. As queimaduras produzidas pela corrente são profundas e de cura mais difícil, podendo causar a morte por insuficiência renal.
FIBRILAÇÃO VENTRICULADA : a corrente atingindo o coração, poderá perturbar o seu funcionamento, os impulsos periódicos que em condições normais regulam as contrações e as expansões são alterados e o coração vibra desordenadamente. A fibrilação é um fenômeno irreversível que se mantém mesmo depois do descontato do indivíduo com a corrente, só podendo ser anulada mediante o emprego de um equipamento conhecido desfibrilador.
