O que é carga elétrica e corrente elétrica?
Toda matéria tem partículas minúsculas com carga. Em um fio de metal, alguns elétrons estão livres para se mover. Quando eles se deslocam em uma direção, a carga flui. A corrente elétrica diz quanta carga passa por um ponto a cada segundo:
I = Q / t
A carga Q é medida em coulombs (C), o tempo t em segundos e a corrente I em ampères (A). Então 1 ampère significa 1 coulomb de carga passando a cada segundo. Um coulomb é a carga de cerca de 6.25 × 1018 elétrons, e um elétron carrega 1.6 × 10−19 C. Correntes pequenas se escrevem em miliampères (1 mA = 10−3 A) ou microampères (1 µA = 10−6 A).
Sentido da corrente elétrica
Os cientistas combinaram o sentido da corrente antes de os elétrons serem descobertos. Escolheram o sentido em que uma carga positiva se moveria: do terminal positivo para o terminal negativo, do lado de fora da pilha. Essa é a corrente convencional. Os elétrons são negativos, então na verdade se deslocam no sentido oposto, de − para +. Em todos os esquemas de circuito mostramos a corrente convencional.
Circuito elétrico e o amperímetro
Um circuito elétrico é um caminho fechado e sem interrupções para a carga. Se o interruptor (chave) está aberto ou um fio está rompido, o circuito está aberto e não passa corrente em lugar nenhum dele.
A corrente é medida com um amperímetro. Ele é sempre ligado em série, para que a mesma corrente passe por ele. Um amperímetro tem resistência muito baixa, então quase não muda a corrente que mede. O terminal + dele vai para o lado + da pilha.
O que é diferença de potencial?
A carga não flui sozinha. Ela precisa de um empurrão, assim como a água precisa de um desnível para descer por um cano. Uma pilha faz trabalho químico para manter um terminal em potencial elétrico mais alto que o outro. A diferença de potencial (d.d.p.) entre dois pontos é o trabalho feito para levar uma unidade de carga de um ponto ao outro:
V = W / Q
Sua unidade no SI é o volt (V): 1 volt = 1 joule por coulomb. Assim, se 1 J de trabalho move 1 C de carga entre dois pontos, a d.d.p. é de 1 V. A diferença de potencial é medida com um voltímetro, ligado em paralelo (nos dois lados) da peça. Um voltímetro tem resistência muito alta, por isso quase não puxa corrente.
Símbolos de circuito
Desenhar pilhas e lâmpadas de verdade leva tempo, por isso usamos símbolos padrão:
- Pilha: uma linha longa e fina (+) e uma linha curta e grossa (−).
- Bateria: duas ou mais pilhas ligadas juntas.
- Chave ou interruptor: aberto (desligado) ou fechado (ligado).
- Junção de fios: um ponto onde os fios se ligam; fios que se cruzam sem ligar não têm ponto.
- Lâmpada: um círculo com uma cruz ou uma espiral dentro.
- Resistor: um retângulo pequeno ou um zigue-zague.
- Resistor variável (reostato): um resistor com uma seta atravessando.
- Amperímetro: um círculo com A; voltímetro: um círculo com V.
Na prova, pedem muito para desenhar um circuito com pilha, chave, resistor, amperímetro em série e voltímetro nos dois lados do resistor. Treine desenhar com linhas retas e bem limpas.
Fórmulas e definições principais
- I = Q / t (corrente = carga ÷ tempo)
- Q = n × e, onde e = 1.6 × 10⁻¹⁹ C
- V = W / Q (diferença de potencial = trabalho ÷ carga)
- 1 A = 1 C/s; 1 V = 1 J/C; 1 mA = 10⁻³ A; 1 µA = 10⁻⁶ A
Exemplos resolvidos
1. Uma carga de 30 C passa por uma lâmpada em 1 minuto. Calcule a corrente.
t = 60 s. I = Q / t = 30 / 60 = 0.5 A.
2. Uma corrente de 2 A circula por 5 minutos. Quanta carga passa?
t = 5 × 60 = 300 s. Q = I × t = 2 × 300 = 600 C.
3. Quanto trabalho é feito para mover 4 C de carga por uma d.d.p. de 12 V?
W = V × Q = 12 × 4 = 48 J.
4. Quantos elétrons formam uma carga de 1 C?
n = Q / e = 1 / (1.6 × 10⁻¹⁹) = 6.25 × 10¹⁸ elétrons.
5. Uma corrente de 0.4 A circula em um fio. Quantos elétrons passam por um ponto em 2 segundos?
Q = I × t = 0.4 × 2 = 0.8 C. n = Q / e = 0.8 / (1.6 × 10⁻¹⁹) = 5 × 10¹⁸ elétrons.
6. Uma bateria realiza 360 J de trabalho para empurrar carga durante 2 minutos em um circuito com d.d.p. de 3 V. Calcule a carga e a corrente.
Q = W / V = 360 / 3 = 120 C. t = 120 s, então I = Q / t = 120 / 120 = 1 A.
Erros comuns
- Esquecer de converter minutos em segundos antes de usar I = Q / t.
- Ligar o voltímetro em série ou o amperímetro em paralelo. Amperímetro: série. Voltímetro: paralelo.
- Dizer que a corrente vai de − para + nos esquemas. A corrente convencional é desenhada de + para −; só os elétrons se movem de − para +.
- Pensar que a corrente é "gasta" pela lâmpada. A mesma corrente entra e sai da lâmpada; o que a lâmpada gasta é energia.