Introdução ao eletromagnetismo

Este post explicará conceito básicos de eletricidade. Portanto é destinado a iniciantes da área e leigos.

Elétrons

Toda matéria é feita de átomos. Um átomo é uma organização de partículas com cargas positivas (prótons), negativas (elétrons) e neutras (nêutrons).

Eletricidade trata de fenômenos que envolvem principalmente os elétrons e seus movimentos. Cargas neutras não tem nem falta nem excesso de elétrons. Cargas positivas são cargas com menos elétrons que o equivalente neutro, enquanto que cargas negativas são cargas com mais elétrons que o equivalente neutro. Evidentemente quanto mais falta ou excesso de elétrons, maior é a carga do objeto.

Cargas de sinais iguais se repelem e cargas de sinais opostos se atraem.

A Lei de Coulomb determina que a força de repulsão ou atração entre as cargas é inversamente proporcional a distância, ou seja, mais perto, maior a força e mais longe, menor a força.

$\large F=\frac{1}{4\pi \varepsilon _o}\frac{\left | q1 \right |\left | q2 \right |}{r^{2}}$

F é a força elétrica, d é a distância entre as cargas, q1 e q2 são os valores das cargas em coulomb (C), $\varepsilon _o$ é a constante de permissividade do vácuo cujo valor é $8,85\times 10^{-12} C^{2}/N\cdot m^{2}$. Pode-se também adotar a seguinte constante:

$\large k=\frac{1}{4\pi \varepsilon _{o}} = 8,99\times 10^{9} N\cdot m^{2}/C^{2}$

Cargas positivas criam campo elétrico divergente e cargas negativas criam campo elétrico convergente.

Tensão ou diferença de potencial

Todo ponto em um campo elétrico tem um potencial elétrico. Assim como a força elétrica, é inversamente proporcional a distância, mas não ao quadrado da distância.

$\large V=\frac{1}{4\pi \varepsilon _{o}}\frac{q}{r}$

Diferença de potencial entre dois pontos em um campo elétrico que não estão em uma mesma superfície equipotencial.

$\large U=V_{1}-V_{2}$

$\large U=\frac{1}{4\pi \varepsilon _{o}}\frac{Q}{r_{1}}-\frac{1}{4\pi \varepsilon _{o}}\frac{Q}{r_{2}}$

$\large U=\frac{1}{4\pi \varepsilon _{o}}\frac{Q}{(d_{1}-d_{2})}$

Diferença de potencial também é chamada de tensão. Quando dois pontos com potenciais diferentes são ligados por um condutor, cria-se uma corrente, que vem do maior potencial para o menor. Na verdade o sentido do fluxo de elétrons é oposto ao sentido do fluxo da corrente.

Por quê o fluxo de corrente é no sentido oposto ao fluxo de elétrons? A razão disso é que por muito tempo acreditava-se que as cargas positivas é que se moviam, depois descobriram que os elétrons eram que se moviam na corrente elétrica. “Positivo” e “Negativo” são conceitos arbitrários para as cargas, poderia se dizer que os elétrons é que têm carga positiva. Por convenção, considerou-se que corrente elétrica é o fluxo de carga e não de partículas.

Corrente contínua e corrente alternada

Existem dois tipos de corrente: corrente contínua e corrente alternada. Corrente contínua é constante no tempo, enquanto que a alternada varia no tempo e muda de sentido periodicamente. Na figura temos corrente contínua em vermelho e corrente alternada em azul.

Corrente contínua (CC) pode ser obtida com pilhas, baterias e fontes DC, enquanto que corrente alternada (CA) é obtida nas tomadas elétricas das casas.

Magnetismo

Existem duas formas de produzir campos magnéticos: ímãs naturais e corrente elétrica. Uma corrente contínua produz um campo magnético. $\large \vec{B}$ é o campo magnético e $\large \vec{I}$ é a corrente.

Os sentidos da corrente e do campo são determinados pela regra da mão direita.

Correntes paralelas de sentidos iguais se atraem e correntes paralelas de sentidos opostos se repelem.

A equação para calcular a força:

$\large F_{12}=\frac{\mu _{0}LI_{1}I_{2}}{2\pi d}$

$L$ é o comprimento do condutor, $I_{1}$ e $I_{2}$ são os valores das correntes, $d$ é a distância entre os condutores e $\large\mu _{0}$ é a permeabilidade magnética do vácuo que vale $\large 4\pi \cdot 10^{-7}\frac{T\cdot m}{A}$.

Corrente contínua (DC) produz um campo magnético, corrente alternada (CA) produz uma onda eletromagnética, que é uma variação periódica de campos elétricos e magnéticos.