O ventilador, liquidificador, televisão, rádio e etc. são eletrodomésticos que utilizamos em nosso dia-a-dia e que precisam ser ligados a uma fonte que pode ser uma tomada ou uma bateria para que eles possam funcionar. Quando é feito isso, algo acontece, porém nos não percebemos. Elétrons livres, que se encontram nos meios condutores desses aparelhos, passam a se movimentar de maneira ordenada, transportando a energia elétrica necessária para o seu funcionamento. Esse movimento ordenado dos elétrons é conhecido como corrente elétrica e ela pode ocorrer nos condutores sólidos, como os metais, e em gases e líquidos ionizados.
Porém como essa corrente elétrica é criada?
Para começar, um tipo de corrente mais comum, que é aquela produzida em fios condutores, que são aqueles feitos de metais, como por exemplo, o cobre. Os metais são bons condutores de eletricidade, pois possuem elétrons livres e quando esses materiais estão em equilíbrio, os elétrons se encontram em movimento desordenado, como mostra a figura abaixo:
http://queixaoajuda.blogspot.com/2010/06/propriedades-dos-condutores-em.html
Para se obter uma corrente elétrica, é necessário criar um campo elétrico nesse condutor. Com esse campo elétrico, teremos diferentes níveis de energia potencial. Esses diferentes níveis de energia potencial provocarão algo que é conhecido como diferença de potencial (d.d.p.), ou simplesmente tensão elétrica. Essa diferença de potencial pode ser obtida ligando-se o condutor acima a uma pilha.
http://educacao.uol.com.br/fisica/ult1700u35.jhtm
Observe que a pilha possui um pólo positivo e um negativo. O pólo positivo possui um potencial maior, enquanto que o negativo possui um menor. O movimento dos elétrons será no sentido sempre do maior potencial, ou seja, do pólo positivo. A pilha tem a função de fonte de energia elétrica e também de manter a diferença de potencial, mantendo assim o movimento dos elétrons.
É com a presença do campo magnético que se terá níveis de energia potencial diferentes, e esses diferentes níveis de energia potencial gerarão uma diferença de potencial, conhecida como tensão elétrica. O surgimento dessa diferença de potencial é oriundo da ligação entre um condutor e uma pilha, ou um condutor e outra fonte de energia. Quando se é aplicado à diferença de potencial, o movimento livre dos elétrons no fio condutor continua a existir, porém agora com um movimento ordenado, e esse movimento dos elétrons num só sentido é denominado corrente elétrica.
Existem dois sentidos para corrente elétrica, o real e o convencional. No exemplo da figura abaixo, onde temos um circuito elétrico com uma pilha como fonte de energia, no sentido real da corrente as cargas saem do pólo negativo, onde há excesso de elétrons, em direção ao pólo positivo, o qual há falta de elétrons. Já o sentido convencional da corrente foi atribuído pelos físicos, acredita-se que as cargas elétricas saiam do pólo positivo até o pólo negativo, nesse caso, mostrado na pilha. Observe:
Chamamos de carga elétrica elementar a quantidade de carga elétrica de um elétron, onde essa carga elétrica tem valor conhecido. Multiplicando a quantidade de elétrons (n) pelo valor de suas respectivas cargas elétricas elementares (e) teremos a quantidade total de carga elétrica (Q). O valor de e=1,6x10^-19C. A unidade no sistema internacional de carga elétrica é dada em Coulomb.
(Referência: http://www.portalsaofrancisco.com.br/alfa/isolantes-eletricos/resistencia-eletrica.php)
Fatores que influenciam no valor de uma resistência:
1) A resistência de um condutor é tanto maior quanto maior for seu comprimento.
2) A resistência de um condutor é tanto maior quanto menor for a área de sua seção reta, isto é, quanto mais fino for o condutor.
3) A resistência de um condutor depende do material de que ele é feito.
Os resistores são elementos de circuito que consomem energia elétrica, convertendo-a integralmente em energia térmica. A conversão de energia elétrica em energia térmica é chamada de Efeito Joule.
A resistividade é uma grandeza que depende das dimensões e de qual material é feito, além da temperatura em que ele se encontra.
A resistividade de metais puros aumenta com o aumento da temperatura. Por isso, a resistência elétrica de resistores constituídos por esses metais também aumenta quando aumentamos sua temperatura.
Com o aquecimento, as moléculas que constituem aumentam seu grau de agitação e, consequentemente, sua resistividade também aumenta. O que dificulta a passagem da corrente elétrica.
Por outro lado, o aquecimento provoca um aumento do número de elétrons livres responsáveis pela corrente elétrica. Porém, para os metais puros, o aumento do estado de agitação das moléculas predomina sobre o aumento do número de elétrons livres.
Porém, existem ligas metálicas em que o aumento do grau de agitação das moléculas e o aumento do número de elétrons livres se compensam. Consequentemente, para essas ligas, a resistividade e a resistência praticamente não variam com a temperatura. É o caso da manganina e do constantan, que são ligas de cobre, níquel e manganês.No grafite, por exemplo, o aumento do número de elétrons livres predomina sobre o aumento do grau de agitação das moléculas, fazendo com que sua resistividade diminua com o aumento da temperatura.
Os resistores podem ser encontrados em vários objetos, como por exemplo, no chuveiro, na lâmpada, etc. A figura abaixo nos mostra como os resistores são representados em um circuito elétrico.
Representação de resistores através de símbolos.(Referência: http://www.portalsaofrancisco.com.br/alfa/isolantes-eletricos/resistencia-eletrica.php)
Aplicando uma diferença de potencial U nos extremos de um pedaço de um fio condutor, e mantendo a temperatura do mesmo, notamos que, quase sempre, essa tensão U será proporcional a corrente i.
Ohm definiu que a constante de proporcionalidade entre U e i seria a “resistência elétrica” do condutor normalmente simbolizado por R.
Portanto, U = R.i
A unidade de medida da resistência é o ohm e é simbolizada pela letra grega Ω (ômega maiúsculo).Ohm concluiu:
“Mantendo-se a temperatura de um resistor constante, a diferença de potencial aplicada nos seus extremos é diretamente proporcional à intensidade da corrente elétrica”. Dando origem assim a primeira Lei de Ohm.
A segunda Lei de Ohm pode ser dita como a resistência de um condutor homogêneo de secção transversal constante é proporcional ao seu comprimento e da natureza do material de sua construção, e é inversamente proporcional à área de sua secção transversal. Em alguns materiais também depende de sua temperatura.
Sendo expressa por:
Onde:
ρ= resistividade, depende do material do condutor e de sua temperatura.
ℓ= largura do condutor
A= área da secção transversal.
Como a unidade de resistência elétrica é o ohm (Ω), então a unidade adotada pelo SI para a resistividade é :
.
.É importante salientar que condutores que mantém sua resistência constante são chamados de resistores ôhmicos, e aqueles condutores que tem a sua resistência variante são chamados de resistores não-ôhmicos.
Temos que ressaltar que Georg Simon Ohm estudou na Universidade de Erlangen. Em 1813, tornou-se professor em Bamberg. Lecionou matemática e física no colégio dos jesuítas, em Colônia, e na Escola de Guerra de Berlim (Alemanha, entre 1833 e 1839, dirigiu a Escola Politécnica de Nuremberg. Foi professor de Física da Universidade de Munique.
Ohm dedicou-se à investigação científica dos fenômenos da eletrocinética - estudos das correntes elétricas em movimento. Em 1827, publicou a monografia Estudo Matemático da Corrente Galvânica, na qual esclarece as diferenças entre a eletricidade térmica e a galvânica, entre intensidade e quantidade de eletricidade. As questões centrais da monografia estão resumidas na Lei de Ohm, fundamento da eletrocinética.
Referente a correntes estacionárias, essa lei combina as três quantidades básicas consideradas num circuito: a força eletromotriz total E, a intensidade Ida corrente (quantidade fluindo na unidade de tempo) e a resistência total R do circuito, compreendendo a resistência interna do gerador elétrico. A importância do trabalho de Ohm só veio a ser reconhecida em 1841, passando a influenciar, de modo decisivo, a teoria e as aplicações da corrente elétrica.
