Conceitos Fundamentais

Descobrindo a Eletricidade

Todo corpo (uma pessoa, um objeto, ...) é formado por átomos. O átomo é composto por um núcleo, contendo neutros e prótons (+), e por uma eletrosfera, onde se encontram os elétrons (-). Os elétrons podem passar de um átomo para o outro, gerando assim uma troca de elétrons. Esta troca faz com que corpos possam ter mais, ou menos, elétrons que o normal, ou seja, que tenham carga elétrica. A simples existência de carga elétrica, estática ou em movimento, caracteriza a eletricidade. Um fenômeno que ilustra estas características pode ser observado na Atividade 1 (Desvio Mágico da Água), que em sua principal ação, aproxima com um simples tubo de plástico eletrizado, a um filete de água.

O Movimento Ordenado dos Elétrons

Os materiais metálicos normalmente possuem elétrons livres, que podem mover-se com facilidade. O movimento dos elétrons (-) no interior desses condutores (pois conduzem os elétrons livre) é completamente desordenado. Para que os elétrons livres se desloquem ordenadamente (em uma só direção), gerando a conhecida Corrente Elétrica (medida em Ampere), é necessário estabelecer uma diferença de potencial (tensão medida em Volts) entre dois pontos do condutor (fio elétrico - no caso dos circuitos), através da adição de um gerador (Figura 1). Este gerador pode ser um pilha (ou bateria) ou uma outra fonte de alimentação qualquer, como um carregador de celular.

Observe que o movimento dos elétrons vai do pólo negativo para o positivo das pilhas, ou seja, trafega no sentido real da corrente. Muitas aplicações usam o sentido convencional da corrente, ou seja, do positivo para o negativo. Para cálculos o sentido do movimento é indiferente.

Resistindo a Passagem de Corrente

Todo material condutor, por mais eficiente que seja, apresenta uma força de oposição a passagem dos elétrons. Esta força é conhecida como Resistência Elétrica do material (medida em Ohms). A relação entre tensão (U), corrente (I) e resistência (R) é dada pela conhecida Lei de Ohm (Figura 2), muito usada para o cálculo de cargas (corrente consumida) e de limitadores de corrente (resistência necessária).

O Caminho Percorrido pelos Elétrons

Na Figura 2a pode ser observado um Circuito Elétrico simples e sua representação, usando de simbologia eletrônica, na Figura 2b. A Figura 2c mostra a relação entre as grandezas elétricas e a fórmula matemática da 1ª Lei de Ohm, a qual pode ser usada, por exemplo, para o cálculo da corrente do circuito para uma lâmpada com resistência interna de 100Ω. Desta maneira esta lei seria aplicada da seguinte forma: U=R.I ➞ 6=100.I, resultando em uma corrente I de 0,06A, ou 60mA.

A força de oposição do condutor se comporta de maneira semelhante a um atrito à passagem dos elétrons, normalmente gerando calor. No caso de uma lâmpada, a relação entre a corrente resistência elétrica do material gera luz, como pode ser observado na figura anterior e pode ser implementado seguindo os passos da Atividade 2 (Acendendo uma Lâmpada). Este circuito foi desenvolvido usando o aplicativo iCircuit, que além de ser muito fácil de usar, tem versões para a maioria dos sistemas operacionais e dispositivos. Um aplicativo semelhante, para Web, é o Falstad Circuit Simulator, que mesmo sendo mais completo, não tem a mesma simplicidade de uso.

Caso queira uma prévia da execução do circuito antes de fazer a sua prototipagem, a Simulação 1 (Ligando uma Lâmpada) permite que você faça isso. Basta clicar no botão "Iniciar Simulação" e interagir com a simulação, neste caso você pode clicar na chave comutadora para observar o acendimento, ou não, da lâmpada.

Para Fazer e Saber Mais

• • Eletroímã Simples.

  • Relé Experimental.

  • Manual do Mundo - Experiências em Eletricidade e Eletrônica.

  • Princípios Básicos de Eletricidade e Eletrônica.

  • Princípios Básicos da Eletrônica (Livro).