Fisica3 (Eletromagnetismo)

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134 CAPÍTULO 26
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(a)
-
ti Bateria +
(b)
Figura 26-1 (a) Um fio de cobre em
equilíbrio eletrostático. O fio inteiro
possui o mesmo potencial e o campo
elétrico é zero em todos os pontos do
fio. (b) Quando introduzimos uma
bateria no circuito, produzimos uma
diferença de potencial entre os pontos
do fio que estão ligados aos terminais da
bateria. Com isso, a bateria produz um
campo elétrico no interior do fio, que
faz com que cargas elétricas se movam
no circuito. Esse movimento de cargas
constitui uma corrente i.
Neste capítulo, vamos nos limitar ao estudo de correntes constantes de elétrons
de condução em condutores metálicos, como fios de cobre, por exemplo.
Como lembra a Fig. 26-la, em um circuito fechado feito de material condutor.
mesmo que exista um excesso de cargas, todos os pontos possuem o mesmo potencial.
Não pode existir um campo elétrico no interior do material ou paralelo à superfície.
Embora existam elétrons de condução disponíveis, não estão sujeitos a uma força
elétrica e, portanto, não existe corrente.
Por outro lado, se introduzirmos uma bateria no circuito, como na Fig. 26-lb, o
potencial não é mais o mesmo em todo o circuito. Campos elétricos são criados no
interior do material, exercendo uma força sobre os elétrons de condução que os faz
se mover preferencialmente em uma certa direção e, portanto, produzir uma corrente.
Depois de um pequeno intervalo de tempo, o movimento dos elétrons atinge um valor
constante e a corrente entra no regime estacionário (deixa de variar com o tempo).
A Fig. 26-2 mostra uma seção reta de um condutor, parte de um circuito no qual
existe uma corrente. Se uma carga dq passa por um plano hipotético (como aa') em
um intervalo de tempo dt, a corrente i nesse plano é definida como
. dq
z=--
dt
( definição de corrente). (26-1)
Podemos determinar por integração a carga que passa pelo plano no intervalo
de tempo de O a t:
ª = J dq = L i dt,
em que a corrente i pode variar com o tempo.
(26-2)
[I
A corrente que entra
na bifurcação é igual
(a carga co::z
à corrente que sai :1) . ii//
é
(a)
(b)
Figura 26-3 A relação i 0 = i 1
+ i 2
é
verdadeira para a junção a qualquer que
seja a orientação dos três fios no espaço.
A corrente não é uma grandeza vetorial
e sim uma grandeza escalar.
Figura 26-2 A corrente i que
atravessa o condutor tem o mesmo
valor nos planos aa', bb' e cc'.
-z
a'
b
1 e
1
1
1
1
b'
A corrente é a mesma
em qualquer seção reta.
No regime estacionário, a corrente é a mesma nos planos aa', bb' e cc' e em
qualquer outro plano que intercepte totalmente o condutor, seja qual for a localização
ou orientação desse plano. Isso é uma consequência do fato de que a carga é
conservada. No regime estacionário, para cada elétron que passa pelo plano cc', um
elétron deve passar pelo plano aa'. Da mesma forma, quando um fluxo contínuo de
água está passando por uma mangueira, uma gota de água deve sair pelo bico da
mangueira para uma gota entrar na outra extremidade; a quantidade de água na mangueira
também é uma grandeza conservada.
A unidade de corrente no SI é o coulomb por segundo, ou ampere, representado
pelo símbolo A:
1 ampere = 1 A = 1 coulomb por segundo = 1 C/s.
A definição formal do ampere será discutida no Capítulo 29.
A corrente elétrica definida pela Eq. 26-1 é uma grandeza escalar, já que a carga
e o tempo que aparecem na equação são grandezas escalares. Entretanto, como na
Fig. 26-lb, frequentemente representamos uma corrente com uma seta para indicar
o sentido em que as cargas estão se movendo. Essas setas não são vetores e a elas
não se aplicam as regras das operações vetoriais. A Fig. 26-3a mostra um condutor
percorrido por uma corrente i 0 se dividindo em dois ramos. Como a carga é conservada,
a soma das correntes nos dois ramos é igual à corrente inicial: