Discussão
definições
corrente
Corrente elétrica é definida como a taxa na qual a carga flui através de uma superfície (a seção transversal de um fio, por exemplo). Apesar de se referir a muitas coisas diferentes, a palavra corrente é muitas vezes usada por si mesma em vez da “corrente elétrica” mais longa e formal. O adjetivo “elétrica” está implícito pelo contexto da situação que está sendo descrita. A expressão “corrente através de uma torradeira” refere-se certamente ao fluxo de electrões através do elemento de aquecimento e não ao fluxo de fatias de pão através das ranhuras.
Como com todas as quantidades definidas como taxa, há duas formas de escrever a definição de corrente eléctrica – corrente média para aqueles que afirmam ignorância de cálculo…
| I = | ∆q |
| ∆t |
e corrente instantânea para quem não tem medo do cálculo…
| I = |
lim
∆t→0
|
∆q | dq | |
| ∆t | dt |
A unidade de corrente é o ampère , que é nomeado para o cientista francês André-Marie Ampère (1775-1836). Nas línguas escritas sem letras acentuadas (nomeadamente inglês) tornou-se habitual escrever a unidade como ampere e, na comunicação informal, abreviar a palavra para ampere. Eu não tenho nenhum problema com nenhuma destas grafias. Apenas não use um “A” maiúsculo no início. Ampère refere-se a um físico, enquanto ampère (ou ampere ou ampere) refere-se a uma unidade.
Desde que a carga é medida em coulombs e o tempo é medido em segundos, um ampère é o mesmo que uma coulomb por segundo.
| ⎡ ⎢ ⎣ |
A = | C | ⎤⎥ ⎦ |
| s |
A carga elementar é definida para ser exactamente…
e = 1.602176634 × 10-19 C
O número de cargas elementares numa coulomb seria o recíproco deste número – uma repetição decimal com um período de 778.716 dígitos. Vou escrever os primeiros 19 dígitos, que é o máximo que posso escrever (já que não existem frações arbitrárias da carga elementar).
C ≈ 6,241,509,074,460,762,607 e
E depois vou escrever novamente com um número de dígitos mais razoável para que seja mais fácil de ler.
C ≈ 6,2415 × 1018 e
Uma corrente de um ampere é então a transferência de aproximadamente 6,2415 × 1018 cargas elementares por segundo. Para aqueles que gostam de coinceidências, isto é aproximadamente o mesmo que dez micromoles.
densidade da corrente
Quando visualizo a corrente, vejo as coisas se movendo. Vejo-as a mover-se numa direcção. Vejo um vector. Vejo a coisa errada. Corrente não é uma quantidade vetorial, apesar do meu bem desenvolvido senso de intuição científica. A corrente é um escalar. E a razão é… porque é.
Mas espera, fica mais esquisito. A razão de corrente para uma determinada superfície é conhecida como densidade da corrente.
| J = | I |
| A |
A unidade de densidade da corrente é o ampère por metro quadrado, que não tem nome especial.
| ⎡ ⎢ ⎣ |
A | = | A | ⎤ ⎥ ⎦ |
| m2 | m2 |
Embora seja a razão de duas quantidades escalares, A densidade da corrente é um vector. E a razão é, porque é.
Bem… na verdade, é porque a densidade da corrente é definida como o produto da densidade da carga e velocidade para qualquer localização no espaço…
J = ρ v
As duas equações são equivalentes em magnitude, como mostrado abaixo.
| J = | ρ | >v | ||||||||
| J = | q | ds | = | s | dq | = | 1 | I | ||
| V | dt | sA | dt | A | A | |||||
| J = | I | |||||||||
| A | ||||||||||
Algo mais a considerar.
I = JA = ρvA
Leitores familiarizados com a mecânica dos fluidos poderiam reconhecer o lado direito desta equação se ela fosse escrita de forma um pouco diferente.
I = ρAv
Este produto é a quantidade que permanece constante na equação de continuidade de massa.
ρ1A1v1 = ρ2A2v2
A mesma expressão aplica-se exactamente à corrente eléctrica com o símbolo ρ mudando de significado entre contextos. Em mecânica dos fluidos ρ significa densidade de massa, enquanto que em corrente eléctrica representa densidade de carga.
Descrição microscópica
Corrente é o fluxo de partículas carregadas. São entidades discretas, o que significa que podem ser contadas.
n = N/V
∆q = nqV
V = Ad = Av∆t
| I = | ∆q | = | nqAv∆t |
| ∆t | ∆t |
I = nqAv
Uma expressão semelhante pode ser escrita para a densidade da corrente. A derivação começa na forma escalar, mas a expressão final usa vetores.
| J = | I | = | nqAv |
| A | A |
J = nqv
sólidos
condução vs. electrões de valência, condutores vs. isoladores
Moção de deriva sobreposta ao movimento térmico
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Magnificar
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Texto de ponte.
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A velocidade térmica dos electrões num fio é bastante elevada e varia aleatoriamente devido a colisões atómicas. Como as mudanças são caóticas, a velocidade média é de zero.
Quando um fio é colocado em um campo elétrico, os elétrons livres aceleram uniformemente nos intervalos entre as colisões. Estes períodos de aceleração elevam a velocidade média acima de zero. (O efeito tem sido muito exagerado neste diagrama.)
velocidade térmica de um electrão em cobre à temperatura ambiente (aproximação clássica)…
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||||
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fermi velocidade de um electrão em cobre (valor quântico)…
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||||
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velocidade de deriva de um electrão em 10 m de fio de cobre ligado a uma bateria de automóvel de 12 V à temperatura ambiente (tempo livre médio entre colisões à temperatura ambiente τ = 3 × 10-14 s)…
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|||||||||||||||||||
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|||||||||||||||||||
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A velocidade térmica é várias ordens de grandeza maior que a velocidade de deriva num fio típico. O tempo para completar o circuito é de cerca de uma hora.
líquidos
cebolas, electrólitos
gases
cebolas, plasma
- 2:02 PM – A linha de transmissão desliga-se no sudoeste de Ohio
4. Stuart – Atlanta 345 kV
Esta linha faz parte da via de transmissão do sudoeste de Ohio para o norte de Ohio. Ela se desconecta do sistema devido a um incêndio com escova sob uma porção da linha. Os gases quentes de um incêndio podem ionizar o ar acima de uma linha de transmissão, fazendo com que o ar conduza eletricidade e curto-circuite os condutores.
Fonte
Histórico
O símbolo escolhido para representar a intensidade de uma corrente pelo físico e matemático francês do século XIX André-Marie Ampère.
Magnify Pour exprimer en nombre l’intensité d’un courant quelconque, on concevra qu’on ait choisi un autre courant arbitraire pour terme de comparaison…. Designação de um donativo para os rapports das intensidades de dois correios, para unirem-se à intensidade do donativo para unirem…. Para expressar a intensidade de uma corrente como um número, suponha que outra corrente arbitrária seja escolhida para comparação…. Usemos i e i′ para os rácios das intensidades de duas correntes dadas para a intensidade da corrente de referência tomada como unidade…. André-Marie Ampère, 1826 André-Marie Ampère, 1826 (link pago)
O termo intensidade tem agora um significado não relacionado em física. Corrente é a taxa na qual a carga flui através de uma superfície de qualquer tamanho – como os terminais de uma bateria ou os dentes de uma ficha elétrica. Intensidade é a potência média por unidade de área transferida por alguns fenômenos radiantes – como o som de uma rodovia movimentada, a luz do Sol ou as partículas de pulverização emitidas por uma fonte radioativa. Corrente e intensidade são agora quantidades diferentes com unidades diferentes e usos diferentes, e é por isso que (claro) eles usam símbolos idênticos.
| current | intensidade | |||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
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- 12,000 A através dos ímãs do LHC em CERN