O que é corrente elétrica?

O que é corrente elétrica? É a rapidez com que a carga elétrica passa por um ponto de um circuito.

Segundo o livro de física da OpenStax, da Rice University, a corrente é definida como a taxa de fluxo de carga. Quanto mais carga passa em um intervalo de tempo, maior é a corrente.

Segundo a OpenStax, quando a corrente é grande, como a usada para dar partida em um caminhão, ela move muita carga em pouco tempo. Já uma corrente pequena, como a de uma calculadora de bolso, move pouca carga por um longo período.

Esse conceito é diferente da carga em si. A carga mede quanta eletricidade existe; a corrente mede quanta eletricidade está em movimento.

Explicado de forma simples

Pense em uma fila de pessoas passando por uma catraca. O número de pessoas que atravessam por segundo é como a corrente. Quem está parado na fila representa a carga armazenada, e quem passa representa a carga em movimento.

Um circuito com corrente grande é como uma catraca que deixa passar muita gente de uma vez. Um circuito com corrente pequena deixa passar poucas pessoas no mesmo intervalo.

Como a corrente é calculada

Segundo a OpenStax, a corrente é calculada pela razão entre a carga que passa por uma área e o tempo gasto nessa passagem. Na forma de equação, I = ΔQ/Δt, em que ΔQ é a carga e Δt é o tempo.

Um exemplo do próprio livro mostra a escala.

Quando a bateria de um caminhão põe em movimento 720 coulombs de carga em 4 segundos, a corrente é de 180 ampères. Esse valor alto é necessário porque o motor de partida precisa vencer forças de atrito grandes para colocar o motor em movimento.

O ampère

A unidade da corrente é o ampère, em homenagem ao físico francês André-Marie Ampère. Segundo a OpenStax, um ampère é igual a um coulomb por segundo.

Fusíveis e disjuntores são classificados em ampères, assim como muitos aparelhos elétricos. Ou seja, um ampère significa que um coulomb de carga atravessa uma área em um segundo.

Segundo o NIST, o Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia dos Estados Unidos, o ampère foi redefinido em 20 de maio de 2019.

Desde então, ele é definido a partir da carga elementar, a carga de um único elétron, que foi fixada em 1,602176634 × 10⁻¹⁹ coulomb. Segundo o mesmo instituto, um coulomb corresponde a cerca de 6,24 × 10¹⁸ elétrons.

Quantidades de exemplo

Segundo o NIST, a corrente de um raio pode chegar a dezenas de milhares de ampères, embora a carga total de um raio médio seja de cerca de 5 coulombs.

Isso mostra a diferença entre os dois conceitos: a corrente depende de quão rápido a carga passa, enquanto a carga é a quantidade total envolvida.

No outro extremo, a calculadora de bolso descrita pela OpenStax usa cerca de 0,3 miliampère. Para que um coulomb de carga passe por ela, seriam necessários pouco menos de uma hora.

O sentido convencional

Segundo a OpenStax, a corrente convencional é definida como o sentido em que a carga positiva se moveria. Essa convenção vem de Benjamin Franklin, no século XVIII, que chamou de negativo o tipo de carga associado aos elétrons, antes de se saber que eles transportam a corrente em muitas situações.

Por isso, em um fio de cobre, são os elétrons, carregados negativamente, que se movem, mas a corrente convencional é desenhada no sentido oposto. O livro explica que a corrente segue o sentido do campo elétrico, e os elétrons se movem no sentido contrário a esse campo.

Quem carrega a corrente

Segundo a OpenStax, a corrente pode ser feita de cargas positivas, de cargas negativas ou de ambas. Em fios metálicos, são os elétrons que se movem. Em soluções iônicas, como a água salgada, cargas positivas e negativas se movem ao mesmo tempo. O mesmo acontece nos neurônios.

A velocidade dos elétrons

Esse é um dos pontos mais surpreendentes. Segundo a OpenStax, sinais elétricos viajam em velocidades da ordem de 10⁸ metros por segundo, uma fração significativa da velocidade da luz. Já as cargas individuais se movem muito mais devagar.

O livro usa um fio de cobre de bitola 12, comum em instalações residenciais, percorrido por 20 ampères. Nele, a velocidade média dos elétrons, chamada velocidade de deriva, fica em torno de 0,45 milímetro por segundo.

Segundo a OpenStax, os elétrons não seguem uma linha reta.

Eles colidem constantemente com os átomos do metal e com outros elétrons, e o movimento médio deles é lento. O que se propaga rapidamente é o sinal, porque a força elétrica age a distância e empurra os elétrons vizinhos quase ao mesmo tempo.

Corrente e energia

Segundo a OpenStax, para manter uma corrente constante é preciso fornecer energia continuamente.

Isso acontece porque as colisões dos elétrons transferem energia ao metal, que esquenta. Em uma lâmpada, essa energia é o que faz o filamento brilhar.

Os supercondutores são uma exceção. Segundo a OpenStax, eles podem manter uma corrente estável sem fornecimento contínuo de energia. O próprio livro diz que essas razões serão exploradas em um capítulo posterior.

Mitos sobre a corrente elétrica

“Corrente elétrica é a mesma coisa que carga.” Mito. Segundo o NIST, a carga é a quantidade de eletricidade, medida em coulombs. A corrente é a taxa com que essa carga se move, medida em ampères.

“Os elétrons viajam em linha reta dentro do fio.” Mito. Segundo a OpenStax, os elétrons seguem caminhos irregulares, com colisões constantes, e o movimento médio é lento.

“O sinal elétrico viaja na mesma velocidade dos elétrons.” Mito. Segundo a OpenStax, o sinal se propaga perto da velocidade da luz, enquanto os elétrons individuais se movem muito mais devagar.

“Corrente elétrica só existe com elétrons.” Mito. Segundo a OpenStax, a corrente pode ser feita de cargas positivas, negativas ou de ambas, dependendo da situação.

Perguntas frequentes

Por que a corrente é medida em ampères e não em coulombs?

Porque o coulomb mede a quantidade de carga, enquanto o ampère mede a rapidez com que ela passa. Segundo o NIST, um ampère é um coulomb por segundo.

A corrente é sempre perigosa?

Depende da intensidade e do caminho. Segundo a OpenStax, correntes muito pequenas são usadas em aparelhos como calculadoras, e correntes maiores, como a do motor de partida de um caminhão, são necessárias para vencer forças grandes em pouco tempo.

Resumindo

• A corrente elétrica é a taxa com que a carga passa por um ponto do circuito.

• A unidade é o ampère, que equivale a um coulomb por segundo.

• Por convenção, a corrente segue o sentido em que a carga positiva se moveria, e não o dos elétrons.

• Os elétrons se movem devagar e de forma irregular, mas o sinal elétrico se propaga quase à velocidade da luz.

• Manter uma corrente exige fornecimento contínuo de energia, exceto em supercondutores.

Veja também como funciona a eletricidade, que trata do funcionamento geral da eletricidade, e como se forma um raio, um exemplo natural de corrente de grande intensidade.

Fontes

• OpenStax (Rice University), College Physics for AP® Courses 2e, seção 20.1, Current: https://openstax.org/books/college-physics-ap-courses-2e/pages/20-1-current

• NIST, Ampere: Introduction (redefinição do ampère no SI): https://www.nist.gov/si-redefinition/ampere