Corrente elétrica

Quando uma lâmpada acende, não é necessário que um elétron saia da bateria e percorra todo o fio até ela para o efeito começar. O circuito já contém portadores de carga. Ao se estabelecer o campo elétrico, eles passam a apresentar movimento ordenado, e a energia é transferida pelo sistema elétrico.

Corrente elétrica descreve a taxa de transporte de carga através de uma seção. Ela não é uma quantidade de energia nem uma velocidade de elétrons. Distinguir essas grandezas esclarece tanto contas de circuitos quanto a ideia equivocada de que uma lâmpada “consome corrente”.

Como definir a corrente média?

Se uma carga $\Delta Q$ atravessa uma seção em um intervalo $\Delta t$, a corrente média é

$$i_m=\frac{\Delta Q}{\Delta t}.$$

Sua unidade é ampere (A), equivalente a coulomb por segundo. Uma corrente constante de 2 A transporta 2 C por segundo; em 30 s, a carga transportada é 60 C. A expressão $Q=i\Delta t$ usa corrente constante ou a corrente média do intervalo.

O sinal depende do sentido de referência escolhido. Quando o enunciado pede a intensidade, usamos o módulo. Para corrente variável, o valor instantâneo pode mudar durante o intervalo, e não se deve multiplicar simplesmente o valor final pelo tempo total.

Quem são os portadores?

Nos metais, os portadores móveis são elétrons. Em soluções eletrolíticas, íons positivos e negativos podem participar. O que define corrente não é a existência de elétrons livres em qualquer material, e sim o transporte líquido de carga.

O sentido convencional é o do deslocamento que cargas positivas teriam. Em um fio metálico, ele é oposto ao movimento de deriva dos elétrons. Em um resistor alimentado por uma fonte contínua, a corrente convencional vai do maior para o menor potencial.

Como contar elétrons sem confundir sinais?

Use o módulo da carga e a carga elementar: $n=|Q|/e$, com $e\approx1{,}6\times10^{-19}$ C. Uma carga transportada de módulo 0,32 C corresponde à passagem de $2\times10^{18}$ elétrons por uma seção.

Essa contagem não significa que todos esses elétrons foram criados ou gastos durante o processo. Eles atravessaram a superfície imaginária escolhida. Em regime estacionário, as cargas que entram em um trecho saem na mesma taxa, sem crescimento contínuo da carga armazenada nele.

O que a área de um gráfico representa?

Em um gráfico de corrente por tempo, a área algébrica sob a curva corresponde à carga líquida transportada no sentido de referência. Um retângulo de altura 3 A e largura 4 s representa 12 C. Um crescimento linear de zero a 3 A durante 4 s forma um triângulo e representa 6 C.

Se a corrente muda de sinal, há transporte nos dois sentidos. Áreas positivas e negativas se compensam no cálculo da carga líquida. Corrente alternada pode ter média nula em um ciclo e, ainda assim, transferir energia para um resistor. Média nula de corrente não equivale a ausência de efeitos elétricos.

A corrente diminui ao atravessar uma lâmpada?

Em um circuito de caminho único e regime estacionário, a corrente é a mesma antes e depois da lâmpada. A lâmpada transforma energia elétrica em outras formas, como luz e energia térmica; não retém continuamente a carga que passa.

Em uma bifurcação, a soma das correntes que chegam iguala a soma das que saem, quando não há acúmulo de carga no nó. Se chegam 5 A e um ramo conduz 2 A para fora, os demais ramos precisam somar 3 A para fora. Essa é a lei dos nós, expressão da conservação da carga.

Como a corrente é medida?

O amperímetro deve ser inserido em série com o ramo cuja corrente se deseja medir: a mesma corrente precisa atravessar o instrumento. No modelo ideal, sua resistência é nula para não alterar o circuito. Instrumentos reais apresentam resistência pequena e limites de operação.

Para analisar um circuito, escolha o ramo, declare o sentido de referência e identifique se o regime é estacionário ou transitório. Durante a carga de um capacitor, por exemplo, pode haver acúmulo de carga em suas placas; no regime permanente de um capacitor ideal em corrente contínua, a corrente no ramo capacitivo se anula.