Até aqui a nossa discussão dos fenómenos elétricos concentraram-se em cargas em repouso

1. CORRENTE ELÉTRICA Até aqui a nossa discussão dos fenómenos elétricos concentraram-se em cargas em repouso Consideraremos agora as situações que envolvem cargas elétricas em movimento Corrente elétrica (ou corrente) é o fluxo da carga numa região do espaço Na maioria das situações comuns, o fluxo de carga ocorre num condutor, tal como um fio de cobre Neste caso Corrente elétrica: o movimento ordenado de eletrões Condição para que haja corrente elétrica  deve existir uma diferença de potencial (DDP) em volt(V)

2. Aplicando-se uma diferença de potencial: Criam-se pólos positivos e negativos nos extremos

3. Fonte ddp =(VA – VB) VB VA O pólo positivo é de maior potencial (VA) O pólo negativo é de menor potencial (VB)

4. Não há corrente elétrica  as cargas se movimentam em todas as direções

5. Corrente elétrica é o movimento ordenado de cargas elétricas Convencionalmente definimos a corrente elétrica como a direcção do fluxo de carga positiva Q é a quantidade de carga que atravessa a área A no intervalo de tempo t: Corrente elétrica instantânea I  sentido não convencional Unidade no SI: ampère (A): 1 A = 1 C/s ddp =(VA – VB)

6. Podemos ter dois ou mais tipos de partículas que se deslocam, com cargas de ambos os sinais Um feixe de protões positivamente carregados num acelerador de partículas, a corrente está na direção do movimento dos protões. Nos gases e eletrólitos, a corrente é o resultado do fluxo de partículas carregadas positiva e negativamente Líquido Gás Sólido

7. CONDUTORES IÓNICOS iões + Iões  - Corrente elétrica iônica  é o movimento ordenado de iões Portador de carga móvel

8. EXEMPLO: Intensidade da corrente elétrica A = área da seção transversal Nº eletrões Carga “e” Q (C) I (A)= Q/2 s -19 -19 0,8.10 -19 01 1,6.10 1,6.10 -19 -19 -19 1,6.10 1,6.10 3,2.10 02 -19 -19 -19 1,6.10 4,8.10 3,2.10 03

9. Modelo estrutural  relaciona a corrente macroscópica ao movimento das partículas carregadas Volume do cilindro:  número de portadores no elemento de volume: A carga móvel Q neste volume: Q= número de portadores carga por portador = Os portadores se deslocam ao longo do comprimento do condutor com uma velocidade média constante chamada de velocidade de migração (ou de deriva - drift) vd Distância percorrida pelos portadores de carga num intervalo de tempo t  xd= vdt Supomos  relaciona uma corrente I macroscópica com elementos microscópicos da corrente n, q, vd

10. Uma representação esquemática do movimento em ziguezague de um portador de carga num condutor As mudanças de sentido são devidas a colisões com átomos no condutor. A resultante do movimento dos eletrões está na direção oposta à direção do campo elétrico - Quando não existe ddp através do condutor, os eletrões do condutor realizam movimento aleatório similar àquele das moléculas de gás  visto anteriormente na teoria cinética (Termodinâmica). Esse movimento aleatório está relacionado à temperatura do condutor. - Quando existe ddp o movimento dos eletrões devido à força elétrica é sobreposto ao seu movimento aleatório para fornecer uma velocidade média cujo módulo é a velocidade de migração, vd Quando os eletrões colidem com o átomo do metal durante o seu movimento, transferem energia para o átomo  causando um aumento da energia de vibração dos átomos  aumento da temperatura

11. Na verdade este é um processo que envolve três etapas : • A energia no instante em que a ddp é aplicada  é a energia potencial elétrica associada ao campo elétrico e aos eletrões. • Esta energia é transformada em energia cinéticapelo trabalho realizado pelo campo elétrico sobre os eletrões. • Quando os eletrões colidem com os átomos do metal uma parte da energia cinética é transferida para os átomos esse soma à energia interna do sistema DENSIDADE DE CORRENTE J NO CONDUTOR Unidades do SI: ampères por metro quadrado:  podemos generalizar a ideia de densidade de corrente para qualquer tipo de corrente , esteja ou não confinada a um condutor

12. Exemplo: Velocidade de Migração num Fio de Cobre

13. RESISTÊNCIA Vd estárelacionada com o campo elétrico, E no fio  se E aumentar, a Fe sobre os eletrões é mais forte e vd aumenta V  E assim I V Podemos escrever essa proporcionalidade como V = IR A constante de proporcionalidade Ré chamada de resistência do condutor Esta resistência é causada por colisões dos eletrões com os átomos do condutor Unidade SI: volt/ ampère, chamada de ohm () RESISTÊNCIA 

14. Resistência à passagem da corrente elétrica no fio R

15. LEI DE OHM Verificou-se experimentalmente que para muitos materiais, incluindo os metais, a resistência é constante para grande parte das tensões aplicadas. Esse comportamento é conhecido como lei de Ohm  em homenagem a Georg Simon Ohm (1787-1854)  foi a primeira pessoa a fazer um estudo sistemático da resistência elétrica. A lei de Ohm não é uma lei fundamental da natureza, mas uma relação empírica válida somente para determinados materiais e dispositivos, sob uma escala limitada de condições O declive é (a) (b) a) Curva da corrente em função da tensão para um dispositivo óhmico. A curva é linear e o declive fornece a resistência do condutor : b) Uma curva não linear da corrente em função da tensão para um díodo semicondutor. Esse dispositivo não obedece à lei de Ohm.

16. O símbolo para um resistor em diagramas de circuito A principal função do resistor num circuito é controlar a corrente A resistência de um fio condutor óhmico é proporcional ao seu comprimento e inversamente proporcional à sua área de seção transversal:  resistividade do material Unidades da resistividade : ohm-metro (-m )  comprimento do fio Condutividade  tem a unidade( )-1

17. Exemplo:Um condutor de alumínio tem 300 m de comprimento e 2 mm de diâmetro. Calcule a sua resistência elétrica. Dados: Comprimento do fio, L=300 m, diâmetro do fio, D=2 mm, resistividade do alumínio 2.810-8-m. Solução R=1mm A=R2 =3.14(1mm)2 =3.14 mm2 =3.1410-6 m2 Considerando a resistividade expressa em ( m). Nesse caso o comprimento deve estar expresso em m, e a área da seção em m2, portanto substituindo na expressão da resistência resulta:

18. VARIAÇÃO DA RESISTIVIDADE COM A TEMPERATURA A resistividade depende de vários fatores, um dos quais é a temperatura É de se esperar, uma vez que com o aumento da temperatura os átomos movem-se mais rapidamente  no aumento de colisões entre os eletrões livres e os átomos Fio frio Fio quente   o coeficiente de resistividade de temperatura  resistividade para como A resistividade do cobre em função de T 

19. RESISTIVIDADE DE ALGUNS MATERIAIS Condutores, semicondutores e isoladores

20. RESISTIVIDADE EM TERMOS DE PARÂMETROS MICROSCÓPICOS Um eletrão de massa m num condutor está num campo elétrico e sofre uma aceleração A velocidade de deriva pode ser escrita como: onde  é o tempo médio entre as colisões Sabemos que  Igualando as duas expressões   onde 20

21. SUPERCONDUTORES Para uma classe de metais e de compostos conhecidos como supercondutores, a resistência vai a zero abaixo de uma determinada temperatura crítica Tc As resistividades dos supercondutores abaixo de Tcsão menores do que 4  10-25 Alumínio, Estanho, chumbo 1017 vezes menor do que a resistividade do cobre e considerada como nula na prática. Uma das características verdadeiramente notáveis dos supercondutores é o facto que, uma vez que uma corrente é criada neles, ela persiste (por anos) sem nenhuma tensão aplicada (porque R = 0): 21

22. A segunda característica denominada de Efeito Messner: é o diamagnetismo perfeito, ou seja, exclusão do campo magnético de seu interior. Demonstração do efeito Meissner: consiste em fazer com que um imã permanente flutue sobre a superfície de um supercondutor. As linhas do campo magnético são bloqueadas e não penetram no supercondutor, tomando uma forma semelhante a que teriam se houvesse, dentro do condutor, um outro imã idêntico, o qual chamamos de imã “imagem”. Assim, o imã sofre uma repulsão que anula o seu peso, levitando sobre o supercondutor.  Um imã levitando sôbre o nitrogénio líquido refrigerado à temperatura de -200  C.  Hoje já são conhecidos supercondutores com temperatura crítica acima de 130 K.