A corrente elétrica · os elétrons rastejam, sua lâmpada acende na hora

Quase tão rápido quanto a luz

0:00Você aperta o interruptor e a luz acende na hora. Há metros de fio, então esses elétrons correm por esse cobre, quase tão rápido quanto a luz.

A carga, e o menor pedaço dela

0:14Para entender o que passa por esse fio, primeiro você precisa saber o que é carga. Um átomo tem núcleo e elétrons em volta. O núcleo é positivo, os elétrons são negativos, e num átomo comum os dois são exatamente iguais. Carga líquida zero: o átomo é neutro.

0:34A carga é a grandeza Q, e a unidade é o coulomb. E a carga de um elétron é o menor pedaço de carga que existe sozinho. Isso se chama carga elementar, símbolo e, e vale um vírgula seis zero dois vezes dez elevado a menos dezenove coulombs. É tão pequena que é difícil imaginar, então inverta: num coulomb há mais de seis vezes dez elevado a dezoito elétrons.

1:04Um seis com dezoito zeros atrás. E como a carga só vem em elétrons inteiros: Q é n vezes e, com n um número inteiro.

O que se move num metal

1:17Num metal, os átomos estão fixos numa rede, mas de cada átomo há mais ou menos um elétron que não está mais preso ao próprio núcleo. Esses são os elétrons livres, e eles se movem entre os íons, em todas as direções, mesmo sem nada ligado. O deslocamento líquido é zero.

1:37Com uma fonte de tensão, mais elétrons vão para um lado do que para o outro. Carga líquida se desloca, e isso é a corrente elétrica. O quanto ela é forte, você diz com a intensidade da corrente. Símbolo I, unidade ampere. E ela não é nada mais que carga por segundo: I é Q dividido por t.

2:00Pegue o carregador de uma bike elétrica. Fornece dois vírgula zero amperes, e você carrega por três horas. Três horas: dez vírgula oito quilossegundos. Q é então I vezes t: dois vírgula zero vezes dez vírgula oito mil, dá dois vírgula um seis vezes dez elevado a quatro coulombs.

2:20Mais de vinte mil coulombs, por um só plugue. E atenção à unidade: ampere vezes segundo é coulomb. Se der seis vírgula zero, você não converteu as horas em segundos. No fio, elétrons negativos vão do menos para o mais. Para que lado vai a corrente elétrica por convenção?

A convenção, e por que ela é ao contrário

2:45Por convenção, a corrente vai no sentido em que a carga positiva se moveria. Ou seja, do mais da fonte, pelo circuito, até o menos. Os elétrons fazem exatamente o contrário. Eles vão do menos para o mais. É confuso, e é um acidente histórico: o sentido foi fixado antes que alguém soubesse que os elétrons existiam.

3:09Mas nunca mais mudou, porque para as contas não faz diferença. Todas as fórmulas continuam valendo. Então lembre duas setas: o fluxo de elétrons do menos para o mais, e a corrente elétrica, que você desenha, do mais para o menos.

Qual a velocidade real de um elétron

3:27E agora, aquela velocidade do começo. Uma lâmpada numa pilha, e os elétrons nesse fio avançam mais ou menos um quarto de milímetro por segundo. Em um minuto, um centímetro e meio. Na rede elétrica é ainda mais estranho. Lá a tensão vai e volta cinquenta vezes por segundo, então os elétrons não chegam a lugar nenhum: vibram um milésimo de milímetro em torno do lugar.

3:53Mesmo assim sua lâmpada acende na hora. Pense numa mangueira que já está cheia de água. Você abre a torneira e a água sai na hora pela ponta. Não é a água que sai agora da torneira, porque essa ainda está no começo. É a água que já esperava no final.

4:14A água se move sim, na mangueira toda ao mesmo tempo, só que devagar. O que passa rápido é o empurrão. No fio, a mesma coisa. Ele já está cheio de elétrons livres, e o empurrão o atravessa quase na velocidade da luz, então em todo lugar eles começam a se mover juntos.

4:33Só que eles mesmos andam devagar demais.

Três coisas para lembrar

4:38Três coisas. A carga vem em elétrons inteiros: Q é n vezes e, sendo e um vírgula seis zero dois vezes dez elevado a menos dezenove coulombs. A intensidade é carga por segundo: I é Q dividido por t, em amperes. E o sentido convencional da corrente vai do mais para o menos, enquanto os elétrons vão do menos para o mais. Os elétrons rastejam; o empurrão vai quase tão rápido quanto a luz.

Duas perguntas

5:05Duas perguntas. Um. Durante meio segundo, um fio conduz uma corrente de quatro vírgula zero amperes. Quanta carga passou? Dois. Você estende o fio da luminária em cinco metros. A lâmpada demora bem mais para acender?

As respostas

5:25A primeira: Q é I vezes t: quatro vírgula zero vezes zero vírgula cinco dá dois vírgula zero coulombs. Ampere vezes segundo é coulomb, então a unidade confere. Segunda: não. Os elétrons que acendem sua lâmpada já estavam nesse último pedaço de fio; eles não precisam ir primeiro da tomada até a lâmpada.

5:46O que precisa sim cruzar esses cinco metros é o empurrão, e ele leva uns poucos cem-milionésimos de segundo.

Corrente, carga e os dois sentidos

5:55Agora você sabe o que se move e com que velocidade. De onde vem a energia que põe esses elétrons em movimento, e por que ela é expressa em volts, disso trata um vídeo à parte no canal.