fundamentos de física iii fundamentos de física iii - Departamento de ...

AULA18 FORÇA ELETROMOTRIZ, CORRENTE E DENSIDADE DE
CORRENTE
Sabemos que a matéria é, normalmente, neutra e que, por exemplo, uma
corrente de água em um rio, embora constitua um fluxo de matéria, não está
associada a qualquer corrente elétrica.
OBJETIVOS
• DEFINIR FORÇA ELETROMOTRIZ (FEM)
• DESCREVER O FUNCIONAMENTO DE GERADOR DE FEM (PILHA)
• ENTENDER OS CONCEITOS DE CORRENTE E DENSIDADE DE CORRENTE
Sabemos também que a matéria é constituída, basicamente, por partículas,
algumas neutras, outras positivas e outras negativas (nêutrons, prótons e
elétrons).
Constata-se, no entanto, que, das partículas carregadas em diversos materiais,
algumas podem ter mobilidade muito maior que outras, sempre que forçadas a
se mover pela ação de campos elétricos.
18.1 FORÇA ELETROMOTRIZ
Nas aulas anteriores aprendemos a descrever, e a calcular, campos elétricos
e diferenças de potencial elétrico produzidas por diversas distribuições estáticas de
cargas e essa parte de nosso estudo, é por isso, denominada eletrostática.
Entretanto, a energia elétrica que consumimos em nosso dia a dia, seja em
nossas casas, seja nas indústrias, ou outros setores da sociedade, se deve ao
trabalho realizado por cargas elétricas que, de alguma maneira, são forçadas a se
mover.
Por este motivo, quando as luzes de uma residência se apagam
repentinamente, diz-se que faltou corrente.
Nesse contexto surgem duas questões fundamentais, que são:
a) O que é a corrente elétrica?
b) O quê é necessário para que surja uma corrente e para que ela
permaneça durante o período de tempo de que precisamos?
Estas questões podem ser respondidas separadamente.
a) Quanto à primeira, pode-se dizer que a palavra corrente está associada,
usualmente, ao fluxo de matéria.
É o caso dos metais nos quais temos íons positivos que constituem uma rede
cristalina, mas com alguns elétrons, usualmente um por cada átomo, que
podem se mover por todo o corpo metálico. O comportamento desses elétrons,
conhecidos como elétrons de condução, em muitos aspectos, se aproxima ao de
um gás.
Quando são forçados a se mover preferencialmente em determinada direção
pela ação de algum campo elétrico, são esses elétrons, mais ou menos livres,
que constituem uma corrente elétrica, enquanto os íons positivos permanecem
em torno de suas posições de equilíbrio. Aqui há corrente elétrica associada a
uma pequena corrente de matéria, já que a massa dos elétrons é muito menor
que a dos íons que constituem a rede cristalina.
No caso de uma solução salina aquosa, temos íons positivos e negativos que
podem se mover “livremente”. Quando forçados pela ação de campos elétricos,
os cátions se movem em sentido contrário ao dos ânions. Ambos os tipos de
íons contribuem para a corrente elétrica, embora possa ocorrer que não haja
qualquer fluxo de matéria.
Será apresentada, mais adiante, uma definição matemática rigorosa da
grandeza física denominada corrente elétrica.
b) Quanto à segunda questão é necessário que sejam produzidos campos elétricos
no interior da matéria que forcem as cargas elétricas disponíveis (“livres”) a se
mover em determinada direção.
272
273