Condições para a existência de corrente elétrica

Para começar, vamos responder à pergunta sobre o que é corrente elétrica. Uma simples bateria de mesa não gera corrente sozinha. E uma lanterna sobre uma mesa não criará corrente através de seus LEDs assim sem motivo algum. Para a corrente aparecer, algo tem que fluir em algum lugar, pelo menos começar a se mover, e para isso o circuito dos LEDs da lanterna e da bateria tem que fechar. Não é à toa que antigamente a corrente elétrica era comparada ao movimento de um determinado líquido carregado.

Na verdade, agora sabemos disso eletricidade — este é o movimento direcionado de partículas carregadas, e que um análogo mais próximo da realidade seria um gás carregado — um gás de partículas carregadas movendo-se sob a ação de um campo elétrico. Mas as primeiras coisas primeiro.

A corrente elétrica é o movimento direcionado de partículas carregadas

Portanto, a corrente elétrica é o movimento de partículas carregadas, mas mesmo o movimento caótico de partículas carregadas também é movimento, mas ainda não é corrente.Da mesma forma, moléculas de fluido que estão em movimento térmico o tempo todo não criam correntes porque o deslocamento total de todo o volume de fluido em repouso é exatamente zero.

Para que o fluxo de fluido ocorra, o movimento geral deve ocorrer, ou seja, o movimento geral das moléculas do fluido deve ser direcionado. Assim, o movimento caótico das moléculas se somará ao movimento direcionado de todo o volume, e ocorrerá um escoamento de todo o volume do líquido.

A situação é semelhante com a corrente elétrica – o movimento direcionado de partículas eletricamente carregadas é uma corrente elétrica. A velocidade do movimento térmico de partículas carregadas, por exemplo, em metal, é medida em centenas de metros por segundo, mas no movimento direcional, quando uma certa corrente é definida no condutor, a velocidade do movimento geral das partículas é medida em partes e unidades de milímetros por segundo.

Portanto, se uma corrente contínua igual a 10 A fluir em um fio de metal com seção transversal de 1 mm quadrado, a velocidade média do movimento ordenado dos elétrons será de 0,6 a 6 milímetros por segundo. Isso já será um choque elétrico. E esse movimento lento dos elétrons é suficiente para que um fio, por exemplo, de nicromo, aqueça bem, obedecendo A lei de Joule-Lenz.

A velocidade da partícula não é a velocidade de propagação de um campo elétrico!

Observe que a corrente começa no fio quase instantaneamente ao longo de todo o volume, ou seja, esse "movimento" se espalha ao longo do fio na velocidade da luz, mas o movimento das próprias partículas carregadas é 100 bilhões de vezes mais lento. Você pode considerar a analogia de um cano com líquido fluindo através dele.

Movendo-se ao longo de um tubo de 10 metros de comprimento, por exemplo, água.A velocidade da água é de apenas 1 metro por segundo, mas o fluxo não se espalha na mesma velocidade, mas muito mais rápido, e a velocidade de propagação aqui depende da densidade do líquido e de sua elasticidade. Assim, o campo elétrico se propaga ao longo do fio na velocidade da luz e as partículas começam a se mover 11 ordens de magnitude mais devagar. Veja também: Velocidade da corrente elétrica

1. Partículas carregadas são necessárias para a existência de corrente elétrica

Elétrons em metais e no vácuo, íons em soluções eletrolíticas — servem como portadores de carga e garantem a presença de corrente em várias substâncias. Nos metais, os elétrons são muito móveis, alguns deles podem se mover livremente de átomo para átomo, como um gás preenchendo o espaço entre os nós de uma rede cristalina.

Nos tubos de elétrons, os elétrons deixam o cátodo durante a radiação termiônica, correndo sob a ação de um campo elétrico para o ânodo. Nos eletrólitos, as moléculas se quebram na água em partes carregadas positivamente e negativamente e ficam livres de íons portadores de carga nos eletrólitos. Ou seja, onde quer que exista uma corrente elétrica, existem portadores de carga livres que podem se mover campo elétrico… Esta é a primeira condição para a existência de corrente elétrica — a presença de portadores de carga livres.

2. A segunda condição para a existência de uma corrente elétrica é que forças externas devem atuar sobre a carga

Se você olhar agora para um fio, digamos que seja um fio de cobre, então você pode se perguntar: o que é necessário para que uma corrente elétrica ocorra nele? Existem partículas carregadas, elétrons, eles são capazes de se mover livremente.

O que os fará se mover? Uma partícula eletricamente carregada é conhecida por interagir com um campo elétrico. Portanto, um campo elétrico deve ser criado no fio, então um potencial surgirá em cada ponto do fio, haverá uma diferença de potencial entre as pontas do fio e os elétrons se moverão na direção do campo - em a direção de «-» para «+», ou seja, na direção oposta ao vetor de intensidade do campo elétrico. O campo elétrico irá acelerar os elétrons, aumentando sua energia (cinética e magnética).

Como resultado, se considerarmos um campo elétrico simplesmente aplicado externamente ao fio (colocamos o fio em um campo elétrico ao longo das linhas de força), os elétrons se acumularão em uma extremidade do fio e uma carga negativa aparecerá nessa extremidade, e como os elétrons são movidos da outra extremidade do fio, haverá uma carga positiva nele.

Como resultado, o campo elétrico de um condutor carregado por um campo elétrico aplicado externamente terá uma direção que enfraquece o campo elétrico externo de sua ação.

O processo de redistribuição de cargas continuará quase instantaneamente e, após sua conclusão, a corrente no fio será interrompida. O campo elétrico resultante dentro do condutor se tornará zero, e a força nas extremidades será igual em magnitude, mas oposta na direção do campo elétrico aplicado externamente.

Se o campo elétrico no condutor for criado por uma fonte de corrente contínua, por exemplo, uma bateria, essa fonte se tornará uma fonte de forças externas para o condutor, ou seja, uma fonte que criará um EMF constante no condutor e manter a diferença de potencial.Obviamente, para que a corrente seja mantida por uma fonte de força externa, o circuito deve estar fechado.