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Física

Eletrodinâmica

Jaime Bozzetto
Publicado por Jaime Bozzetto
Última atualização: 16/10/2018

Introdução

Enquanto a eletrostática estuda, essencialmente, a interação entre cargas elétricas estáticas, ou seja, em equilíbrio eletrostático na superfície de um condutor, a eletrodinâmica é o estudo das cargas elétricas em movimento. 

Ainda que isso englobe, por exemplo, cátions e ânions se movendo ao longo de uma cuba eletrolítica, estudaremos principalmente os casos de elétrons se deslocando ao longo de fios metálicos.

Quando esses fios formam um caminho fechado para circulação dos elétrons, dizemos que temos um circuito elétrico.

Ao longo dos nossos estudos acerca da eletrodinâmica, estudaremos diversos elementos que compõem esses circuitos.

O primeiro que merece destaque são os próprios elétrons que circulam pelos fios. De modo geral, todo fluxo ordenado de cargas elétricas, não apenas de elétrons, é denominado de corrente elétrica

Dessa forma, o conceito de corrente elétrica está associado com uma quantidade de carga elétrica Q fluindo ao longo de uma região durante um intervalo de tempo Δt. Matematicamente, definimos corrente como sendo: $$i=\frac{Q}{\Delta t}$$.

No sistema internacional, corrente elétrica é medida em ampères. Portanto, em um circuito elétrico, ao invés de ficarmos representando os elétrons se movendo, utilizamos apenas o conceito de corrente elétrica, indicando que existe, no circuito em questão, um fluxo efetivo de cargas.

Entretanto, você poderia questionar: o que mantém esses elétrons em movimento ao longo do circuito

Se você se lembrar dos estudos em Eletrostática, vai se recordar que, em um condutor em equilíbrio eletrostático, não existe movimento ordenado de cargas porque todos os pontos do condutor estão sobre o mesmo potencial. 

Além disso, também vimos que cargas negativas se movem espontaneamente em direção a regiões de potencial elétrico mais elevado. 

Portanto, para fazer com que os elétrons se mantenham circulando, basta garantir que sempre exista uma diferença de potencial nesse circuito. Isso é tarefa do gerador elétrico.

De forma geral, um gerador elétrico tem como função converter uma forma qualquer de energia (como química, no caso das pilhas e baterias, ou mecânica, no caso das hidrelétricas) em energia elétrica, a qual será utilizada para garantir que sempre exista uma diferença de potencial nesse circuito.

Todo gerador elétrico possui dois polos: o negativo, onde o potencial elétrico tem seu valor mínimo, e o positivo, onde o potencial elétrico é máximo. Ao representarmos um circuito elétrico, indicamos um gerador elétrico da seguinte forma:

Representação de um gerador elétrico.

Já que eles buscam regiões de maior potencial, os elétrons partem do polo negativo do gerador e seguem em direção ao polo positivo.

Esse é o chamado sentido real da corrente. Entretanto, por motivos históricos, não representaremos a corrente elétrica seguindo essa direção, mas a representaremos por meio de setas que partem do polo positivo e vão em direção ao polo negativo.

Esse é o sentido convencional da corrente e é o contrário do sentido real de movimento dos elétrons.

Resistor

Além de gerador e de corrente elétrica, outro elemento muito importante em um circuito elétrico é o resistor.

Podemos dizer que o resistor representa as perdas do circuito por calor.

Conforme os elétrons circulam pelo circuito, as irregularidades do fio metálico fazem que com que uma parcela de sua energia elétrica, fornecida pelo gerador, seja perdida na forma de calor. Esse fenômeno é denominado Efeito Joule.

Desse modo, resistores podem ser utilizados em um circuito tanto para converter energia elétrica em térmica pelo Efeito Joule, quanto para limitar a corrente que circula em certo trecho, uma vez que correntes muito elevadas podem danificar o circuito.

Resistência

O quão bem certo resistor funciona é representado por uma grandeza denominada resistência, a qual está associada à dificuldade de circulação de corrente elétrica.

Essa grandeza é medida em ohms (Ω) e está relacionada com a diferença de potencial U aplicada no trecho e com a corrente i que por ele circula pela seguinte fórmula:

$$R=\frac{U}{i}$$

Potência

Além dessas grandezas, outra que merece destaque na eletrodinâmica é a potência dissipada pelo circuito.

Essa potência pode ser calculada se soubermos a diferença de potencial mantida pelo gerador e a corrente que circula pelo circuito:

P=U.i

Note que, a partir da equação de resistência, podemos chegar em outras formas de se calcular a potência dissipada:

$$P=U.i=\frac{U^2}{R}=R.i^2$$

Ao longo dos nossos estudos de eletrodinâmica, aprofundaremos o entendimento acerca de cada um desses elementos, conheceremos outros elementos que também fazem parte da composição de um circuito e compreenderemos como cada um desses elementos está relacionado um ao outro.

Quadro Resumo de Fórmulas

$$R=\frac{U}{i}$$

$$P=U.i=\frac{U^2}{R}=R.i^2$$

$$i=\frac{Q}{\Delta t}$$


Exercícios

Exercício 1
(FCM-MG)

Um chuveiro elétrico possui uma resistência interna (Rch) a qual fica incandescente quando ele é ligado, transferindo o calor para a água. Porém, os fios de ligação da rede elétrica que abastecem o chuveiro se aquecem muito pouco em comparação com a resistência do chuveiro. Os fios de ligação possuem uma resistência (Rfio). Isso se justifica devido ao fato de a potência dissipada ser: 

Ilustração: Rapaz corpulento de camiseta, shorts e tênis acenando

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