Velocidade da Eletricidade: Compreendendo o Fluxo Elétrico
O Que É Eletricidade?
A eletricidade geralmente se refere ao movimento de elétrons (ou outros portadores de carga) através de um condutor, na presença de uma diferença de potencial ou um campo elétrico. Este fluxo tem significados múltiplos, relacionados tanto à velocidade de propagação da onda quanto à velocidade de deriva dos elétrons.
Velocidade de Propagação da Onda
Em dispositivos elétricos e eletrônicos cotidianos, os sinais viajam como ondas eletromagnéticas tipicamente a 50%–99% da velocidade da luz no vácuo. Isso é conhecido como velocidade de propagação da onda. Por exemplo, o fator de velocidade para um cabo coaxial varia entre 0,66 e 0,85, significando que a velocidade de uma onda eletromagnética no cabo é apenas cerca de dois terços a quatro quintos da velocidade da luz no vácuo.
Velocidade de Deriva dos Elétrons
A velocidade de deriva dos elétrons em um condutor é geralmente bastante lenta, da ordem de alguns milímetros por segundo. Isso ocorre porque os elétrons estão constantemente colidindo com os átomos do condutor, o que retarda seu movimento geral. A velocidade de deriva é proporcional à corrente e, em um material resistivo, também é proporcional à magnitude de um campo elétrico externo.
Corrente 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. A unidade SI para corrente é o coulomb por segundo, ou o ampere (A).
Como a Eletricidade Flui?
Em situações eletrostáticas, não há corrente, pois o campo elétrico dentro do condutor é zero. 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 moverem dentro do material condutor. Estes elétrons se movem aleatoriamente em todas as direções, com velocidades da ordem de 106 m/s.
Fórmula da Velocidade de Deriva
A velocidade de deriva dos elétrons em um condutor pode ser calculada usando a fórmula: vd = (I / nAq), onde vd é a velocidade de deriva dos elétrons em metros por segundo (m/s), I é a corrente que flui através do condutor em amperes (A), n é o número de portadores de carga por unidade de volume no condutor (em m-3), A é a área transversal do condutor em metros quadrados (m2) e q é a carga de um único elétron, aproximadamente 1,602 x 10-19 Coulombs (C).
Velocidade de Deriva e Mobilidade dos Elétrons
Enquanto a velocidade de deriva é um conceito importante para entender o comportamento das correntes elétricas em condutores, a mobilidade dos elétrons é uma medida de quão facilmente os elétrons podem se mover através de um material sob a influência de um campo elétrico. Ela é definida como a razão da velocidade de deriva dos elétrons pela força do campo elétrico, sendo uma propriedade crucial na caracterização de materiais condutores.
