M007 - Carga Elétrica

A Carga Elétrica

Como já vimos anteriormente, os circuitos eletrônicos controlam a tensão elétrica (voltagem) e/ou a corrente elétrica (amperagem). Mas o que exatamente é tensão e corrente?

Antes de explicarmos o que é a corrente elétrica temos que entender o que é carga elétrica. Como você já sabe, toda matéria é composta de átomos. Na figura a seguir apresentamos um diagrama simplificado de um átomo de lítio.

Todo átomo é formado por um núcleo e uma camada de elétrons (eletrosfera) que circula em volta do núcleo. O núcleo é formado por prótons e neutros (com exceção do hidrogênio que só tem 1 próton no núcleo) e a camada de elétrons, como o próprio nome indica, é formada por elétrons. O próton tem uma carga elétrica positiva, o nêutron não apresenta carga e o elétron tem carga elétrica negativa. Carga elétrica é uma característica das partículas que provoca interação eletromagnética entre elas. A carga elétrica pode ser positiva, negativa ou neutra (ausência de carga elétrica).

De forma análoga a um imã, cargas elétricas de mesmo sinal se repelem e cargas elétricas de sinal diferente se atraem, como norte e norte se repelem e norte e sul se atraem no imã. Esta atração, repulsão devido a carga elétrica se chama interação eletromagnética.

Normalmente na natureza, os átomos apresentam uma carga total neutra pois o número de elétrons é igual ao de prótons, de forma que a carga positiva do próton é neutralizada pela carga negativa do elétron.

Mas nem sempre é assim. Se provocarmos um desequilíbrio, retirando elétrons da eletrosfera dos átomos, provocaremos o aparecimento de uma carga total positiva neste átomo. O átomo eletricamente desequilibrado é chamado de íon.

O núcleo mais eletrosfera dos átomos se organizam numa estrutura chamada de molécula que da origem aos materiais. A estrutura molecular é garantida pela força de atração entre os átomos que é muito mais forte que a força de atração entre o núcleo e os elétrons mais externos do átomo. Este efeito faz que o núcleo e elétrons mais internos apresentem uma mobilidade dentro do material muito pequena, ou seja, o átomo tem uma posição definida dentro da molécula do material.

Já os elétrons mais externos da eletrosfera, podem ser "arrancados" do átomo com uma certa facilidade, dependendo do material. O que acontece na prática é que o elétron arrancado pula para um átomo vizinho, criando uma lacuna em sua posição original que pode atrair o elétron de algum outro átomo vizinho e assim por diante.

Este fluxo de elétrons dentro do material é que forma a corrente elétrica.

Corrente elétrica é o fluxo de elétrons dentro do material.

Mas este deslocamento de elétrons não acontece sozinho. É preciso forçar o deslocamento. E como fazer isto? Simples: como sabemos que cargas elétricas de mesmo sinal se repelem e de sinal contrário se atraem, vamos "juntar" um monte de elétrons de um lado do material e um monte de íons (átomo carregado positivamente) do outro, conforme figura abaixo.

Desta forma, os elétrons posicionados à esquerda vão repelir os elétrons do material, "empurrando" eles em direção aos íons da direita, que por sua vez atraem os elétrons do material, reforçando o movimento.

A intensidade da força elétrica que se aplica sobre os elétrons do material é chamada de intensidade de campo elétrico e vai definir a tensão elétrica do circuito. Quanto maior a tensão mais força elétrica sobre os elétrons do material.

A quantidade de elétrons que se desloca no material define a intensidade da corrente elétrica.

Materiais com grande mobilidade de elétrons (facilidade em arrancar o elétron do átomo) são chamados de condutores e precisam de uma intensidade de campo elétrico pequena para estabelecer a corrente elétrica.

Materiais com pequena mobilidade de elétrons (dificuldade em arrancar os elétrons do átomo) são chamados isolantes. É preciso uma intensidade de campo elétrico muito grande para estabelecer uma corrente elétrica.

Existem ainda os materiais intermediários, chamados de semicondutores, de grande importância para eletrônica. Eles apresentam uma mobilidade de elétrons moderada e como veremos mais tarde se esta mobilidade for organizada poderemos construir dispositivos interessantes como os diodos e transistores.

Condutores Metálicos

Os metais são um tipo de material com grande facilidade de conduzir corrente elétrica. Exemplos de metal são o cobre, o alumínio, o estanho, o zinco e o mercúrio (único metal em estado liquido à temperatura ambiente).

Nos metais a facilidade de condução da corrente elétrica é causada pela força de atração dos elétrons pelo núcleo muito fraca. Nos metais o que se tem na verdade é uma nuvem de elétrons livres no material. Assim, mesmo com pequeno campo elétrico, consegue-se movimentar uma grande quantidade de elétrons, obtendo-se uma grande intensidade de corrente elétrica.

Os metais mais usados em eletrônica são o cobre, o alumínio, o estanho (solda) e até o ouro.

A seguir uma lista com os metais que apresentam maior facilidade de conduzir corrente elétrica.

Prata (1.59×10−8 ohms/metro)
Cobre (1.72×10−8 ohms/metro)
Ouro (2.44×10−8 ohms/metro)
Alumínio (2.82×10−8 ohms/metro)
Tungstênio (5.60×10−8 ohms/metro)
Niquel (6.99×10−8 ohms/metro)
Latão (0.8×10−7 ohms/metro) *latão é uma liga metálica
Ferro (1.0×10−7 ohms/metro)
Estanho (1.09×10−7 ohms/metro)
Chumbo (2.2×10−7 ohms/metro)

O número entre parentesis é a resistividade do material. Quanto menor este número, melhor condutor é o metal.