(UEL-PR) Em relação à corrente elétrica, considere as afirmativas a seguir.
I-A corrente elétrica é uma grandeza escalar, definida como a razão entre a variação da quantidade de carga elétrica que flui em um meio em um intervalo de tempo.
II - A corrente elétrica convencional descreve o fluxo de cargas elétricas positivas.
III - Os elétrons fluem no interior dos metais com a velocidade da luz.
IV - O campo elétrico é o responsável por fazer cargas elétricas se movimentarem em um circuito elétrico.
II - A corrente elétrica convencional descreve o fluxo de cargas elétricas positivas.
III - Os elétrons fluem no interior dos metais com a velocidade da luz.
IV - O campo elétrico é o responsável por fazer cargas elétricas se movimentarem em um circuito elétrico.
Passo 1
O enunciado pede que a gente avalie se cada uma das quatro afirmativas sobre corrente elétrica é verdadeira ou falsa. As afirmativas são:
I - A corrente elétrica é uma grandeza escalar, definida como a razão entre a variação da quantidade de carga elétrica que flui em um meio em um intervalo de tempo.
II - A corrente elétrica convencional descreve o fluxo de cargas elétricas positivas.
III - Os elétrons fluem no interior dos metais com a velocidade da luz.
IV - O campo elétrico é o responsável por fazer cargas elétricas se movimentarem em um circuito elétrico.
II - A corrente elétrica convencional descreve o fluxo de cargas elétricas positivas.
III - Os elétrons fluem no interior dos metais com a velocidade da luz.
IV - O campo elétrico é o responsável por fazer cargas elétricas se movimentarem em um circuito elétrico.
Listei as quatro frases exatamente como no enunciado para a gente analisar cada uma com calma.
Passo 2
Vamos entender o que é corrente elétrica e a definição matemática básica. A corrente elétrica é a taxa de variação da carga que atravessa uma superfície por unidade de tempo. Escrevemos isso como
onde
é a carga elétrica (em coulombs, C) que passa pela seção do condutor e
é o tempo (em segundos, s). A unidade de
é o ampère (A), que é 1 C/s.
Explicando cada termo: representa a soma algébrica das cargas que atravessam a superfície escolhida; se cargas positivas passam no sentido escolhido,
aumenta, se passam no sentido oposto,
diminui.
Explicando cada termo:
Agora sobre escalar vs vetor: a corrente elétrica medida por
é tratada como uma grandeza escalar (tem módulo e pode ter sinal que indica sentido). A descrição local do fluxo de carga é feita pela densidade de corrente, que é um campo vetorial
. A relação entre
e
é
onde
é a superfície de seção e
tem direção normal à superfície (o produto escalar define o sinal). Em linguagem de prova: para quantidades macroscópicas usamos
(escalar), enquanto o campo de corrente é vetorial (
).
Com isso, a definição dada na afirmativa I está correta: ela dá a razão entre variação de carga e tempo e identifica a corrente como grandeza escalar na formulação usual. Portanto, a afirmativa I é verdadeira.
Com isso, a definição dada na afirmativa I está correta: ela dá a razão entre variação de carga e tempo e identifica a corrente como grandeza escalar na formulação usual. Portanto, a afirmativa I é verdadeira.
Passo 3
Sobre corrente convencional: por convenção histórica, define-se a direção da corrente elétrica como o sentido do fluxo de cargas positivas. Ou seja, corrente convencional aponta no sentido que cargas positivas se moveriam. Em muitos condutores metálicos as cargas livres que se movem são elétrons (cargas negativas), que então se deslocam no sentido oposto ao da corrente convencional. Um exemplo prático: numa pilha, do terminal positivo para o terminal negativo circula a corrente convencional; os elétrons, no entanto, se movem do terminal negativo para o positivo (sentido contrário).
A afirmativa II afirma justamente isso: que a corrente convencional descreve o fluxo de cargas positivas. Essa afirmação é correta por definição da convenção. Portanto, a afirmativa II é verdadeira.
A afirmativa II afirma justamente isso: que a corrente convencional descreve o fluxo de cargas positivas. Essa afirmação é correta por definição da convenção. Portanto, a afirmativa II é verdadeira.
Passo 4
Agora vamos falar sobre a velocidade dos elétrons nos metais — cuidado com a confusão comum. Existem duas coisas diferentes que as pessoas misturam:
-
A velocidade de propagação da perturbação eletromagnética (o sinal elétrico) no fio: esse sinal se propaga muito rápido, uma fração significativa da velocidade da luz
no meio (por exemplo, a dependendo do dielétrico e geometria). Isso explica por que uma lâmpada acende quase instantaneamente quando fechamos um interruptor — o campo percorre o fio muito rápido. -
A velocidade de deriva dos elétrons (drift velocity): é a média do movimento ordenado dos elétrons causado pelo campo elétrico. Essa velocidade é muito pequena, tipicamente milímetros ou micrômetros por segundo, dependendo da corrente, área do fio e densidade de elétrons. Para ver numericamente, usamos a fórmula da velocidade de deriva
onde
é a corrente (A),
é a densidade de elétrons livres (em
),
é a carga elementar
e
é a área da seção do fio (
). Vamos um exemplo prático com cobre:
. Para
e
,
Isso é cerca de
— bem devagar! Mesmo comparado com velocidades térmicas dos elétrons dentro do metal (
) a deriva é minúscula. A velocidade da luz no vácuo é
, muito maior. Portanto, a afirmativa III, que diz que elétrons fluem com velocidade da luz, está errada: os elétrons não se movem à velocidade da luz no interior dos metais. O que pode se mover quase à velocidade da luz é o sinal elétrico (campo), não as cargas individuais. Logo, a afirmativa III é falsa.
Passo 5
Por fim, quem faz as cargas se movimentarem no circuito? É o campo elétrico. Um campo elétrico
exerce força sobre uma carga
dada por
Numa pilha (ou fonte), uma diferença de potencial cria um campo elétrico no interior do condutor; esse campo empurra as cargas livres (elétrons nos metais), e o movimento médio resultante é a corrente elétrica. Em regime estacionário, as colisões com a rede cristalina e com impurezas equilibram as acelerações, resultando na velocidade de deriva mencionada, mas a causa do movimento ordenado é o campo elétrico mantido pela fonte. Assim, a afirmativa IV está correta: o campo elétrico é o responsável por colocar as cargas em movimento no circuito. Portanto, a afirmativa IV é verdadeira.
Passo 6
Resumo final das conclusões (eu sei que é muita coisa, mas você conseguiu chegar até aqui — tá indo bem!): concluímos a validade de cada afirmativa com fundamento nas definições e exemplos numéricos. Prepare-se para a prova — entender essas diferenças (corrente vs densidade de corrente, corrente convencional vs elétrons, velocidade de deriva vs propagação de sinal) é algo que costuma cair nos exames.
Resposta
I — Verdadeira
II — Verdadeira
III — Falsa
IV — Verdadeira
II — Verdadeira
III — Falsa
IV — Verdadeira