Eletricidade Dinâmica
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Corrente eléctrica
Fig. 1 – Corrente líquida
Já vimos que dois corpos de potenciais diferentes e ligados por um condutor produzem uma descarga eléctrica, ou seja, um movimento de eletricidade de um corpo para o outro. Esta descarga dura muito pouco tempo, porque rapidamente os dois corpos ficam ao mesmo potencial.
É o que sucede com a descarga líquida da imagem ao lado. Mas se conseguirmos manter a diferença de nível, abrindo um furo de esgoto no reservatório B e deitando continuamente água no reservatório A, ou ainda, empregando uma bomba que eleve para A a água do reservatório B, como mostra a Fig. 1, obteremos uma corrente líquida contínua.
Do mesmo modo, em eletricidade, se mantivermos a diferença de potencial que existia de princípio entre os dois corpos, eletrizando continuamente o corpo de potencial mais elevado e ligando o de potencial mais baixo à terra para impedir a subida do seu potencial, obteremos uma descarga contínua que se chama corrente elétrica.
Não é, porém, a eletrização por fricção o processo que se usa na indústria para obter a corrente eléctrica. Há outros processos mais eficazes, tais como o da pilha eléctrica e o do dínamo.
Efeitos da corrente eléctrica
Um dos aparelhos mais simples com que podemos obter a corrente eléctrica é a pilha de Volta.
Fig. 2 – Pilha de Volta (Físico Italiano Volta)
A pilha de Volta é constituída por um vaso contendo uma solução de ácido sulfúrico em água e na qual mergulham duas chapas, uma de cobre e outra de zinco como mostra na Fig. 2.
Se unirmos as duas chapas por um fio metálico (cobre, por exemplo), podemos observar os fenómenos seguintes:
a) O fio aquece, tanto mais quanto menor for a sua secção.
b) Uma agulha magnética colocada junto do fio desvia-se da sua orientação norte-sul e cruza-se com ele.
c) Se o fio referido for cortado e as pontas livres mergulhadas em água ordinária, como se vê na Fig. 4 vêem-se aparecer bolhas gasosas de hidrogénio em volta da ponta ligada à chapa de zinco da pilha, na outra ponta aparece um gás de oxigénio que, porém, não se chega a ver, por se combinar com o metal do fio e produzir um óxido de cobre. Ora o hidrogénio e o oxigénio são elementos que constituem a água. A decomposição da água por este processo chama-se electrólise.
Fig. 4 – Electrólise
Fig. 3 – Desvio de agulha magnética
d) Se as pontas do fio cortado forem encostadas uma à outra e depois afastadas num sítio escuro, vê-se saltar entre elas uma pequena faísca.
Estas experiências mostram que o fio, durante o tempo em que está ligado às duas chapas da pilha, possui qualquer coisa de especial: é a eletricidade em movimento. Diz-se então que o fio é percorrido por eletricidade, ou melhor, por corrente elétrica.
No caso da eletrólise, a corrente atravessa o fio e o líquido compreendido entre as pontas mergulhadas. A água não é muito boa condutora da eletricidade e, por isso, para se obter um efeito bem nítido, é preciso juntar-lhe um pouco de sal ou ácido sulfúrico.
Os dois pontos da pilha onde se ligam os extremos do fio são os terminais ou bornes da pilha; o terminal C é o pólo positivo (+) e o terminal-Z o pólo negativo (—).
Sentido da corrente
Fig. 5 – Sentido da Corrente
Admite-se que a corrente percorre o fio metálico num determinado sentido: do pólo positivo para o pólo negativo. Com efeito, a experiência da agulha magnética mostra-nos que a agulha gira para lados diferentes quando se trocam as ligações do fio aos pólos da pilha.
Também a experiência da eletrólise mostra que é sempre na ponta ligada ao pólo negativo que as bolhas aparecem em maior quantidade. Evidentemente, isto somente nos mostra que a corrente tem um determinado sentido, sem se concluir se percorre o fio de + para — ou de — para +! No entanto, convencionou-se que a corrente elétrica sai dos geradores pelo pólo + e entra pelo pólo —. Fig. 5
Diferença de potencial – Volt
Sabemos já que para se ter corrente elétrica num fio condutor é preciso que os extremos do fio sejam ligados a dois pontos que mantenham entre si uma diferença de potencial.
A diferença de potencial também é conhecida pelo nome de tensão ou voltagem e representa-se pela letra V. Mede-se em volts por meio de aparelhos chamados voltímetros.
O volt (V) tem como múltiplo o kilovolt (kV) e como submúltiplos o milivolt (mV) e o microvolt (ILV) :
Kilovolt = 1 000 volts
Milivolt = 0,001 volt
Microvolt = 0,000 001 volt
Voltímetros
O voltímetro é um instrumento que possui uma escala graduada em volts, em frente da qual está montado um ponteiro móvel em torno de um eixo no caso de ser analógico Fig. 6.
Fig. 7 – Multímetro digital
Fig. 6 – Voltímetro analógico
Para medir a diferença de potencial entre dois pontos, ligam-se os terminais do voltímetro a esses pontos. Alguns voltímetros têm os terminais marcados com os sinais + e— Isto quer dizer que o instrumento deve ser ligado de acordo com a polaridade indicada (+ com + e—com—). Outros tipos de voltímetros não trazem qualquer indicação de polaridade e funcionam indiferentemente com corrente num sentido ou noutro.
Quando o voltímetro é graduado em milivolts, toma o nome particular de milivoltímetro.
Geradores
Chama-se gerador a qualquer aparelho ou máquina capaz de produzir corrente eléctrica.
A pilha na figura Fig. 2 é portanto um gerador, sendo a diferença de potencial entre os seus dois pólos produzida e mantida por acções químicas. Na verdade, se examinarmos as duas chapas da pilha, verificamos que a de zinco é muito mais atacada pelo líquido do que a de cobre. São exactamente estes fenómenos químicos, diferentes nas duas chapas, que originam a diferença de potencial. Se tivéssemos empregado duas chapas iguais (duas de zinco, por exemplo), não se obteria qualquer voltagem, em virtude de serem iguais as reacções químicas em ambas as chapas.
Visto que os geradores desenvolvem entre os seus pólos uma diferença de potencial e podem fornecer corrente, a qual, como vimos, é capaz de efetuar trabalho calorífico (aquecimento do condutor), trabalho mecânico (desvio da agulha magnética) ou trabalho químico (decomposição da água), podemos concluir que os geradores possuem energia sob uma forma especial que se chama energia eléctrica.
No caso da pilha, a energia elétrica é obtida por transformação da energia química. Outros geradores se conhecem em que a energia eléctrica é obtida à custa da energia mecânica.
Um gerador pode, pois, definir-se como sendo o aparelho ou máquina capaz de transformar qualquer forma de energia em energia eléctrica.
Os geradores mais empregados são:
a) As pilhas e os acumuladores, nos quais a energia eléctrica é obtida por transformação da energia química;
b) Os dínamos e os alternadores, que transformam a energia mecânica em energia elétrica.
Os dínamos, pilhas e acumuladores são geradores de corrente contínua. Os pólos destes geradores conservam sempre a mesma polaridade e a corrente fornecida é, por consequência, sempre do mesmo sentido.
Os alternadores são máquinas de corrente alternada (corrente que varia alternadamente de sentido). Os pólos do alternador não mantêm, portanto, a mesma polaridade. Se num dado momento são + e – no instante seguinte são – e +, e assim sucessivamente. As pilhas e os acumuladores representam-se graficamente em esquemas pelo símbolo representado na Fig. 8.
Fig.8 – Simbologia fonte de energia
Em que o traço mais comprido e fino é o pólo positivo e o traço curto e grosso é o pólo negativo. Os dínamos e alternadores são representados por um círculo circunscrevendo a letra G, que indica gerador, e um sinal que indica o tipo de corrente para corrente contínua e para corrente alternada).
Força electromotriz
Chama-se força electromotriz à causa que move ou tende a mover a electricidade de um ponto para outro. A corrente éó existe quando há diferença de potencial entre dois pontos; mas não há diferença de potencial sem força electromotriz que a produza.
A força electromotriz de um gerador avalia-se pelo valor da diferença de potencial nos pólos e, por isso, mede-se também em volts. Assim, um gerador que desenvolva entre os seus pólos uma diferença de potencial de 200 volts, possui uma força electromotriz de 200 volts. Mas nota que a diferença de potencial desenvolvida por um gerador, ou seja aquela que representa o valor da força electromotriz, não é exactamente aquela que se obtém nos pólos quando o gerador está fornecendo corrente. Depois iremos ver mais à frente que a voltagem medida nos pólos de um gerador, nas ocasiões em que ele está a fornecer corrente, não representa toda a diferença de potencial desenvolvida, ou o valor da força electromotriz, mas apenas uma parte desse valor.
É costume designar a força electromotriz pela abreviatura f. e. m. A sua representação em fórmulas faz-se pela letra E.
Circuito eléctrico
Uma propriedade preciosa da electricidade é a facilidade com que pode ser transportada a qualquer local. Assim, desejando utilizar a electricidade produzida por um gerador para fazer funcionar uma lâmpada de iluminação colocada a distância, basta ligá-la aos pólos do gerador por meio de dois fios metálicos. Os aparelhos que utilizam a corrente eléctrica têm o nome de receptores. Os fios que servem para conduzir a electricidade chamam-se fios condutores ou, simplesmente, condutores.
Dá-se o nome de circuito eléctrico ao caminho da corrente nos condutores e nos aparelhos intercalados.
Fig. 9 – Circuito eléctrico interrompido
Diz-se que o circuito está fechado quando a corrente, saindo por um pólo do gerador, percorre os condutores e receptores e vem entrar no outro pólo. Quando o circuito é desligado em qualquer ponto, a corrente deixa de circular. Diz-se então que o circuito está aberto ou interrompido.
Para abrir o circuito em qualquer ocasião, sem estar a desligar os fios, emprega-se um interruptor, o qual pode ser aplicado a um só condutor ou aos dois. No primeiro caso chama-se interruptor unipolar e no segundo bipolar.
A Fig. 9 mostra um circuito eléctrico compreendendo um gerador (G) de corrente contínua, um motor (M), um interruptor bipolar e outro unipolar.
Quantidade de electricidade – Coulomb
Admite-se que a corrente eléctrica é o movimento de electricidade ao longo dos condutores, como a corrente de água num tubo é o movimento de água ao longo desse tubo. Sendo assim, deve supor-se que o estabelecimento da corrente eléctrica num circuito equivale ao transporte de certa quantidade de electricidade do pólo positivo (+) para o pólo negativo (—) sendo esta tanto maior quanto mais tempo estiver estabelecida a corrente.
A quantidade de água mede-se em litros, enquanto que a quantidade de electricidade se avalia em coulombs.
A quantidade de electricidade representa-se pela letra Q.
Intensidade da corrente – Ampere
A intensidade da corrente eléctrica é a quantidade de electricidade transportada na unidade de tempo, ou seja o quociente da quantidade de electricidade pelo tempo:
A intensidade da corrente representa-se pela letra I. Portanto pode escrever-se:
A unidade de intensidade da corrente eléctrica é o ampere (A). Entrando naquela fórmula com Q em coulombs e com t em segundos, obtém-se a intensidade I em amperes.
O ampere é a intensidade de uma corrente que transporta 1 coulomb por segundo.
Algumas vezes emprega-se o múltiplo kiloampere (kA) e ainda os submúltiplos miliampere (mA) e microampere (VA):
Kiloampere = 1 amperes
Miliampere 0,001 ampere
Microampere = 0,000 001 ampere
A intensidade da corrente fornecida por um gerador também se chama débito ou amperagem.
