Fluxo da Corrente Elétrica: Mecanismos e Velocidades
Quando uma diferença de tensão é aplicada em um condutor, cria-se um campo elétrico no material. Esse campo exerce força sobre os elétrons livres no condutor, fazendo-os mover de áreas de alta para baixa energia potencial. Nos dispositivos elétricos e eletrônicos cotidianos, os sinais viajam como ondas eletromagnéticas tipicamente a 50%–99% da velocidade da luz no vácuo, enquanto os próprios elétrons se movem muito mais lentamente. A velocidade de deriva dos elétrons em um condutor é geralmente lenta, na ordem de milímetros por segundo, mesmo que a corrente no condutor seja alta. As tensões CA não causam movimento líquido; os elétrons oscilam para frente e para trás em resposta ao campo elétrico alternado (sobre uma distância de alguns micrômetros).
Corrente Elétrica e Carga Elétrica
A corrente elétrica é o fluxo de carga elétrica através de um material. É a taxa na qual a carga elétrica flui passando por um ponto em um circuito. Esse fluxo de carga elétrica é tipicamente realizado por elétrons, partículas carregadas negativamente. A unidade SI para corrente é o coulomb por segundo, ou ampere (A), que é uma unidade base SI: 1 ampere = 1A = 1 coulomb por segundo = 1 C/s.
Mecanismos de Fluxo da Corrente Elétrica
Em situações eletrostáticas, o campo elétrico é zero em todo o interior do condutor, e não há corrente. No entanto, isso não significa que todas as cargas dentro do condutor estejam em repouso. Em um metal comum, como cobre ou alumínio, alguns dos elétrons são livres para se mover dentro do material condutor. Esses elétrons se movem aleatoriamente em todas as direções, semelhante às moléculas de um gás, mas com velocidades muito maiores, da ordem de 106 m/s. O movimento dos elétrons é aleatório, então não há fluxo líquido de carga em nenhuma direção e, portanto, não há corrente. Quando uma diferença de tensão é aplicada, os elétrons se movem em resposta ao campo elétrico aplicado, o que chamamos de corrente elétrica.
Velocidade da Eletricidade: Propagação de Onda e Velocidade de Deriva
A eletricidade se refere geralmente ao movimento de elétrons (ou outros portadores de carga) através de um condutor na presença de uma diferença de potencial ou um campo elétrico. Há duas velocidades básicas a considerar: a velocidade de propagação da onda e a velocidade de deriva.
Velocidade de Propagação da Onda
A velocidade de propagação da onda, também chamada de fator de velocidade ou velocidade de propagação de um meio de transmissão, é a razão da velocidade com que uma frente de onda (de um sinal eletromagnético, um sinal de rádio, um pulso de luz em uma fibra óptica ou uma mudança de tensão elétrica em um fio de cobre) passa pelo meio, para a velocidade da luz no vácuo. A velocidade de propagação é geralmente cerca de 90% da velocidade da luz – aproximadamente 270.000 km/s.
Velocidade de Deriva
Na eletricidade, a velocidade de deriva se refere à velocidade média dos portadores de carga, geralmente elétrons, à medida que se movem através de um condutor sob a influência de um campo elétrico. Esta velocidade é afetada por colisões com os átomos do condutor, convertendo parte da energia do campo elétrico em calor. A velocidade de deriva dos elétrons em um condutor é tipicamente bastante lenta, na ordem de milímetros por segundo. A fórmula para calcular a velocidade de deriva dos elétrons é vd = (I / nAq), onde vd é a velocidade de deriva em metros por segundo, I é a corrente em amperes, n é o número de portadores de carga por unidade de volume, A é a área da seção transversal do condutor em metros quadrados, e q é a carga de um único elétron, aproximadamente 1.602 x 10-19 Coulombs.
Mobilidade do Elétron e Velocidade de Deriva
Mobilidade do elétron é uma medida de quão facilmente os elétrons podem se mover através de um material sob a influência de um campo elétrico. É definida como a razão da velocidade de deriva dos elétrons para a força do campo elétrico. A unidade de mobilidade do elétron é metros quadrados por volt-segundo (m2/Vs). Enquanto a velocidade de deriva e a mobilidade do elétron estão relacionadas, não são intercambiáveis. A mobilidade do elétron é uma propriedade do material que caracteriza a facilidade com que os elétrons podem se mover através de um material específico sob a influência de um campo elétrico.
