Qual é a relação entre a diferença de potencial e a intensidade da corrente elétrica

Nesta aula iremos detalhar o que é, e a definição de corrente elétrica, tensão, diferença de potencial e resistência. Só lembrando que tensão e diferença de potencial (ddp) é a mesma coisa. Assista uma vídeo aula antes e depois continue com a leitura.

Os metais são considerados bons condutores de eletricidade por apresentarem em sua estrutura elétrons que se movimentam constante e desordenadamente (elétrons livres).

Em um fio metálico há um movimento caótico e constante de elétrons passando de uma região para outra.

Quando os fios metálicos são ligados a certos dispositivos, como pilhas e baterias, os elétrons livres passam a se mover de modo ordenado em um determinado sentido.

Ao movimento ordenado de portadores de carga (elétrons) em um fio condutor dá-se o nome de corrente elétrica.

Quando um fio condutor é ligado a uma fonte (gerador) como uma pilha ou uma bateria, ela fornece energia para manter os elétrons em movimento ordenado.

Essa energia faz funcionar um dispositivo elétrico, como um motor, um rádio ou uma lâmpada, formando um circuito elétrico.

Nos circuitos elétricos, o interruptor é o componente que tem como função interromper ou permitir a passagem da corrente elétrica.

Veja a aula Processos de eletrização por atrito, indução eletrostática e contato, para complementar os estudos.

O sentido da corrente elétrica

Um gerador, como a pilha representada nas ilustrações a seguir, apresenta um polo positivo e um polo negativo.

Os elétrons são atraídos no sentido do polo positivo. No estudo da eletricidade, adota-se um sentido convencional para a corrente elétrica, que, nos fios metálicos, é contrário ao sentido do movimento dos elétrons.

Para que a corrente elétrica circule, são necessários uma fonte de energia elétrica (o chamado gerador, como pilhas ou baterias), condutores (fios metálicos) e dispositivos elétricos (lâmpadas ou aparelhos elétricos) formando um circuito fechado.

Dessa forma, os dispositivos elétricos podem fazer uso da energia elétrica proporcionada pelo gerador.

A intensidade de corrente elétrica

As  acesas observadas na ilustração a seguir são idênticas e cada uma delas faz parte de um circuito fechado.

Pela comparação visual, pode-se concluir que a lâmpada 1 está recebendo uma quantidade maior de energia do que a lâmpada 2, pois seu brilho é mais intenso.

Como a lâmpada 1 recebe uma quantidade maior de energia, seu circuito tem maior circulação de portadores de carga (elétrons). Diz-se que a corrente elétrica que atravessa a lâmpada 1 é maior que a corrente elétrica que atravessa a lâmpada 2.

A intensidade (i) da corrente elétrica é medida pela quantidade de carga (AΩ) que atravessa um condutor em um intervalo de tempo (At) e pode ser expressa por:

Qual é a intensidade da corrente elétrica que atravessa um condutor onde o fluxo de elétrons transporta uma quantidade de carga de 25 coulombs (C) em um intervalo de tempo de 5 s?

Tensão ou diferença de potencial elétrico (DDP)

Guardadas as devidas proporções e características, pode-se comparar a corrente elétrica ao fluxo de água de um reservatório a outro.

Para abastecer de água uma região, o reservatório deve ser colocado no ponto mais alto do lugar, pois a água move-se por gravidade, do nível mais alto (maior energia potencial gravitacional) para o mais baixo (menor energia potencial gravitacional). Como há diferença de nível entre os reservatórios, forma-se um fluxo de água no cano que os une (condutor).

A essa diferença de nível dá-se o nome de diferença de potencial gravitacional.

Portanto, para que haja um fluxo de água de um reservatório a outro, é necessário que exista diferença de potencial gravitacional entre eles.

De maneira semelhante, para que haja corrente elétrica circulando pelo fio condutor de um circuito elétrico, deve haver diferença de potencial elétrico (ddp) entre os terminais de um gerador (pilha ou bateria).

Esses geradores apresentam um polo positivo (de maior potencial) e um polo negativo (de menor potencial). O sentido da corrente elétrica se dá do polo positivo para o negativo.

Essa diferença de potencial, também chamada de tensão elétrica, é a quantidade de energia que um gerador fornece para movimentar uma quantidade de carga elétrica durante seu percurso em um condutor.

A ddp é medida em volt (V), em homenagem a Alessandro Volta, inventor da pilha, por isso é comumente conhecida como “voltagem”.

As pilhas trazem impresso, na parte externa, o valor da diferença de potencial entre os seus polos. Nas que geralmente são usadas em controles remotos, brinquedos, máquinas fotográficas, lanternas ou faroletes, o valor da ddp é de 1,5 V. Isso significa que elas fornecem 1,5 J de energia elétrica para cada 1 C de carga que as atravessa.

Veja também:

• Magnetismo, eletromagnetismo e campo magnético
• A história da eletricidade e seus cientistas resumo

Resistência elétrica

Embora todos os metais sejam condutores de corrente elétrica, alguns são melhores do que outros. Como a corrente elétrica é definida pelo movimento ordenado dos elétrons livres do metal, pode-se dizer que em alguns metais o movimento ocorre mais facilmente que em outros. Por exemplo, nos fios de níquel-cromo, os elétrons têm mais dificuldade para se movimentar que nos fios de cobre,

Para quantificar a maior ou a menor dificuldade com que os elétrons fluem por um fio metálico, utiliza-se uma grandeza física denominada resistência elétrica.

Aplicando-se uma mesma diferença de potencial, verifica-se que, quanto maior a resistência elétrica, menor a quantidade de elétrons que se movimentam pelo fio condutor, ou seja, menor é a intensidade de corrente elétrica.

Portanto, a resistência elétrica e a corrente elétrica são inversamente proporcionais. Essa relação pode ser expressa pela equação matemática conhecida por lei de Ohm:

Veja um exemplo que mostra uma aplicação dessa:

O circuito ilustrado ao lado mostra uma lâmpada de filamento ligada aos terminais de uma bateria de 9 V.

Utilizando-se um instrumento que mede a intensidade de corrente (multímetro ou amperímetro), descobrimos que o circuito é percorrido por uma corrente elétrica de 2 A. Aplicando a lei de Ohm, calcula-se a resistência elétrica do filamento da lâmpada.

Para complementar esse assunto dê uma olhada em Associação de resistores mista, em paralelo e em série

Pequena biografia de OHM

Georg Simon Ohm era Físico e matemático alemão, nasceu em Erlangen, na Baviera. Foi professor de Matemática em Colônia e em Nuremberg.

Entre 1825 e 1827, Ohm desenvolveu a primeira teoria matemática da condução elétrica nos circuitos, baseando-se no estudo da condução do calor e usando fios metálicos de diferentes comprimentos e diâmetros nos seus estudos.

Na época, seu trabalho não recebeu o merecido reconhecimento: a lei de Ohm permaneceu desconhecida até 1841. Até essa data, Ohm não conseguiu empregos permanentes e teve dificuldades para manter um nível econômico estável.

Em 1852. dois anos antes de morrer, conseguiu posição como professor de Física na Universidade de Munique.

Resistores

Em equipamentos elétricos, como ferro de passar roupa, chuveiro e secador de cabelos, ocorre a conversão de energia elétrica em energia térmica, por meio de um dispositivo denominado resistor. 

Essa conversão é conhecida como efeito térmico ou efeito Joule. A intensidade desse efeito está relacionada à intensidade da corrente elétrica.

A resistência elétrica de um condutor depende do tipo de material de que ele é feito. Materiais diferentes oferecem resistências diferentes à passagem de corrente elétrica, ou seja, apresentam resistência específica, característica do metal de que são feitos.

A essa resistência específica dá-se o nome de resistividade elétrica. Fios de cobre, por exemplo, apresentam resistividade elétrica diferente de fios de prata.

A resistividade elétrica depende também da temperatura.

Na maioria dos metais, como o cobre e o alumínio, a resistividade aumenta quando a temperatura se eleva. Em outros, como o grafite, a resistividade diminui com o aumento da temperatura.

Materiais condutores com elevada resistividade são utilizados na fabricação de resistores. A principal finalidade do resistor é diminuir o valor da corrente elétrica que circula pelo trecho do circuito onde está inserido.

Resistência ou resistor?

Em geral, as pessoas se referem ao resistor denominando resistência, o que não é preciso cientificamente.

É comum ouvir frases como “O chuveiro está com a resistência queimada” ou “Queimou a resistência do aquecedor”.

O que queima é o resistor, pois ele é o dispositivo colocado no circuito. A resistência é uma grandeza física que caracteriza os condutores de eletricidade.

Em um circuito elétrico, os fios metálicos também funcionam como resistores, porém sua resistência é muito pequena quando comparada à dos demais resistores envolvidos no circuito.

A resistência dos fios condutores pode ser considerada desprezível.

Resumo da aula definição de corrente elétrica, tensão, diferença de potencial e resistência

• Corrente elétrica.
• Intensidade da corrente elétrica.
• Tensão elétrica (ou ddp).
• Resistência, tensão e intensidade de corrente elétrica.
• Os resistores e o efeito Joule.

Bibliografia

Companhia Das Ciências – 9º Ano – Usberco, Joao; Salvador,Edgard; Manoel Martins,José; Schechtmann,Eduardo; Ferrer,Luiz Carlos; Martin Velloso,Herick

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