Ações da corrente elétrica: térmica, química, magnética, luminosa e mecânica

A corrente elétrica em um circuito sempre se manifesta por meio de algum tipo de sua ação. Isso pode ser tanto a operação em uma determinada carga quanto o efeito concomitante da corrente. Assim, pela ação da corrente, pode-se julgar sua presença ou ausência em um determinado circuito: se a carga está funcionando, há corrente. Se for observado um fenômeno típico que acompanha a corrente, há uma corrente no circuito, etc.

Em princípio, a corrente elétrica é capaz de causar diferentes ações: térmica, química, magnética (eletromagnética), leve ou mecânica, e diferentes tipos de ações atuais geralmente ocorrem simultaneamente. Esses fenômenos e ações atuais serão discutidos neste artigo.

Efeito térmico da corrente elétrica

Quando a corrente contínua ou alternada flui através de um fio, o fio aquece. Tais fios de aquecimento sob diferentes condições e aplicações podem ser: metais, eletrólitos, plasma, metais fundidos, semicondutores, semimetais.

No caso mais simples, se, digamos, uma corrente elétrica passar por um fio de nicromo, ele aquecerá. Esse fenômeno é usado em dispositivos de aquecimento: em chaleiras elétricas, caldeiras, aquecedores, fogões elétricos, etc. Na soldagem a arco elétrico, a temperatura do arco elétrico costuma atingir 7000 ° C, e o metal derrete facilmente, isso também é um efeito térmico da corrente.

A quantidade de calor liberada na seção do circuito depende da tensão aplicada a esta seção, do valor da corrente que flui e do tempo de seu fluxo (A lei de Joule-Lenz).

Depois de converter a lei de Ohm para uma seção do circuito, você pode usar tensão ou corrente para calcular a quantidade de calor, mas deve conhecer a resistência do circuito porque limita a corrente e realmente causa aquecimento. Ou, conhecendo a corrente e a tensão em um circuito, você pode facilmente encontrar a quantidade de calor gerado.

Ação química da corrente elétrica

Eletrólitos contendo íons por corrente elétrica contínua eletrolisado — esta é a ação química da corrente. Os íons negativos (ânions) são atraídos para o eletrodo positivo (ânodo) durante a eletrólise, e os íons positivos (cátions) são atraídos para o eletrodo negativo (cátodo). Ou seja, as substâncias contidas no eletrólito são liberadas durante a eletrólise nos eletrodos da fonte de corrente.

Por exemplo, um par de eletrodos é imerso em uma solução de um certo ácido, álcali ou sal, e quando uma corrente elétrica passa pelo circuito, uma carga positiva é criada em um eletrodo e uma carga negativa no outro. Os íons contidos na solução começam a se depositar no eletrodo com carga reversa.

Por exemplo, durante a eletrólise do sulfato de cobre (CuSO4), os cátions de cobre Cu2 + com carga positiva se movem para o cátodo carregado negativamente, onde recebem a carga que falta e se transformam em átomos de cobre neutros, depositando-se na superfície do eletrodo. O grupo hidroxila -OH doará elétrons para o ânodo e o oxigênio será liberado como resultado. Os cátions de hidrogênio carregados positivamente H + e os ânions SO42- carregados negativamente permanecerão em solução.

A ação química de uma corrente elétrica é utilizada na indústria, por exemplo, para quebrar a água em seus componentes (hidrogênio e oxigênio). Além disso, a eletrólise permite obter alguns metais em sua forma pura. Com a ajuda da eletrólise, uma fina camada de um determinado metal (níquel, cromo) é aplicada à superfície - é isso revestimento galvânico etc.

Em 1832, Michael Faraday estabeleceu que a massa m da substância liberada no eletrodo é diretamente proporcional à carga elétrica q que passou pelo eletrólito. Se uma corrente direta I flui através do eletrólito por um tempo t, então a primeira lei da eletrólise de Faraday se aplica:

Aqui, o fator de proporcionalidade k é chamado de equivalente eletroquímico da substância. É numericamente igual à massa de uma substância liberada quando uma carga elétrica passa pelo eletrólito e depende da natureza química da substância.

Ação magnética da corrente elétrica

Na presença de corrente elétrica em qualquer condutor (no estado sólido, líquido ou gasoso), observa-se um campo magnético ao redor do condutor, ou seja, o condutor portador de corrente adquire propriedades magnéticas.

Portanto, se um ímã for levado ao fio através do qual a corrente flui, por exemplo, na forma de uma agulha de bússola magnética, a agulha girará perpendicularmente ao fio e, se você enrolar o fio em um núcleo de ferro e passar uma corrente direta corrente através do fio, o núcleo se tornará um eletroímã.

Em 1820, Oersted descobriu o efeito magnético da corrente em uma agulha magnética, e Ampere estabeleceu as leis quantitativas da interação magnética de fios condutores de corrente.

O campo magnético sempre é gerado pela corrente, isto é, cargas elétricas móveis, em particular — partículas carregadas (elétrons, íons). Correntes opostas se repelem, correntes unidirecionais se atraem.

Tal interação mecânica ocorre devido à interação de campos magnéticos de correntes, ou seja, é antes de tudo uma interação magnética, e só então - mecânica. Assim, a interação magnética das correntes é primária.

Em 1831, Faraday descobriu que um campo magnético variável de um circuito gera uma corrente em outro circuito: o EMF gerado é proporcional à taxa de variação do fluxo magnético. É lógico que é a ação magnética das correntes que é utilizada até hoje em todos os transformadores, não apenas nos eletroímãs (por exemplo, nos industriais).

Efeito de luz da corrente elétrica

Em sua forma mais simples, o efeito luminoso de uma corrente elétrica pode ser observado em uma lâmpada incandescente, cuja bobina é aquecida pela corrente que passa por ela em calor branco e emite luz.

Para uma lâmpada incandescente, a energia luminosa representa cerca de 5% da eletricidade fornecida, sendo os restantes 95% convertidos em calor.

As lâmpadas fluorescentes convertem com mais eficiência a energia atual em luz — até 20% da eletricidade é convertida em luz visível graças aos fósforos que recebem radiação ultravioleta de uma descarga elétrica em vapor de mercúrio ou em um gás inerte como o néon.

O efeito de luz da corrente elétrica é percebido de forma mais eficaz em LEDs. Quando uma corrente elétrica passa pela junção pn na direção direta, os portadores de carga - elétrons e lacunas - se recombinam com a emissão de fótons (devido à transição de elétrons de um nível de energia para outro).

Os melhores emissores de luz são semicondutores de gap direto (isto é, aqueles nos quais as transições ópticas diretas são permitidas), como GaAs, InP, ZnSe ou CdTe. Ao alterar a composição dos semicondutores, os LEDs podem ser fabricados para todos os tipos de comprimentos de onda, do ultravioleta (GaN) ao infravermelho médio (PbS). A eficiência do LED como fonte de luz atinge em média 50%.

Ação mecânica da corrente elétrica

Como observado acima, qualquer condutor através do qual uma corrente elétrica flui se forma em torno de si mesmo. campo magnético… Ações magnéticas são convertidas em movimento, por exemplo, em motores elétricos, em dispositivos de elevação magnética, em válvulas magnéticas, em relés, etc.

A ação mecânica de uma corrente sobre outra é descrita pela lei de Ampère. Esta lei foi estabelecida pela primeira vez por Andre Marie Ampere em 1820 para corrente contínua. De Lei de Ampère segue-se que fios paralelos com correntes elétricas fluindo em uma direção se atraem e aqueles em direções opostas se repelem.

A lei de Ampère também é chamada de lei que determina a força com que um campo magnético atua em um pequeno segmento de um condutor de corrente. A força com a qual um campo magnético atua sobre um elemento de um fio condutor de corrente em um campo magnético é diretamente proporcional à corrente no fio e ao produto vetorial do elemento do comprimento do fio e da indução magnética.

Este princípio é baseado operação de motores elétricos, onde o rotor desempenha o papel de um quadro com uma corrente orientada no campo magnético externo do estator pelo torque M.