Velocidade de Propagação de Onda – Fator de Velocidade e a Velocidade da Eletricidade
A eletricidade, em seu sentido mais amplo, refere-se ao movimento de elétrons (ou outros portadores de carga) através de um condutor na presença de uma diferença de potencial ou campo elétrico. Compreender a velocidade desse fluxo envolve a distinção entre dois tipos principais de velocidades: a velocidade de propagação de onda e a velocidade de deriva.
Velocidade de Propagação de Onda
A velocidade de propagação de onda, também conhecida como fator de velocidade ou velocidade de propagação de um meio de transmissão, é a razão entre a velocidade com que uma frente de onda (de um sinal eletromagnético, sinal de rádio, pulso de luz em fibra óptica ou mudança de voltagem em um fio de cobre) passa pelo meio e a velocidade da luz no vácuo. As dimensões do fio e propriedades elétricas como indutância afetam a velocidade de propagação exata, mas geralmente está em torno de 90% da velocidade da luz – cerca de 270.000 km/s. Por exemplo, o fator de velocidade para um cabo coaxial é tipicamente de 0.66 a 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. Isso pode causar um atraso nos sinais transmitidos através do cabo, uma vez que a velocidade da onda é mais lenta do que seria no vácuo.
Velocidade de Deriva
A velocidade de deriva na eletricidade refere-se 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. Quando uma tensão é aplicada através de um condutor, um campo elétrico é estabelecido, o que causa o movimento dos elétrons em uma certa direção. No entanto, os elétrons não se movem em linha reta, mas sim realizam um movimento aleatório devido a colisões com os átomos do condutor. Esse movimento aleatório faz com que os elétrons tenham uma velocidade média, denominada velocidade de deriva. A fórmula para calcular a velocidade de deriva dos elétrons em um condutor é 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 da seção transversal do condutor em metros quadrados (m2)
- q é a carga de um único elétron, aproximadamente 1.602 x 10-19 Coulombs (C)
Essa fórmula deriva da equação da corrente elétrica (I = nAqvd), que relaciona a corrente que flui através de um condutor ao número de portadores de carga, sua velocidade e a área da seção transversal do condutor.
Velocidade de Deriva e Mobilidade Eletrônica
Velocidade de deriva e mobilidade eletrônica são dois conceitos relacionados no estudo da eletricidade e dos condutores, mas referem-se a diferentes aspectos do comportamento dos portadores de carga, como elétrons, em um material. A velocidade de deriva descreve o movimento físico dos portadores de carga em um condutor, enquanto a mobilidade eletrônica 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. A mobilidade eletrônica é medida em metros quadrados por volt-segundo (m2/Vs) e é uma medida de eficiência de como os elétrons podem se mover pelo material, considerando a resistência ao seu movimento devido a colisões com os átomos do condutor.
Enquanto a velocidade de deriva é tipicamente bastante lenta, devido às frequentes colisões entre portadores de carga e os átomos do condutor, é um conceito importante para entender o comportamento das correntes elétricas em condutores.
