Caleidoscópio
13/08/2018

Eletricidade é uma palavra muito comum no nosso dia-a-dia, mas o verdadeiro significado dessa ideia ainda pode parecer misterioso para muita gente. Por exemplo: talvez você já tenha ouvido falar que a tensão elétrica que nós recebemos em casa, nas nossas tomadas, é uma tensão alternada. É possível que você nem tenha ouvido esse termo, mas provavelmente já ouviu ou leu que a tensão da rede elétrica “é de 60 Hz”. O que isso realmente significa? O que é uma corrente alternada, afinal?

A matéria é feita de átomos

Como ponto de partida para falar sobre corrente elétrica, vamos comentar muito brevemente a composição da matéria. Se você pegasse um pouco de qualquer sólido, líquido ou gás e conseguisse enxergar com um aumento de uns 100 milhões de vezes, veria que ele é feito de átomos. Simplificadamente, pode-se pensar num átomo como feito de um núcleo pequeno e denso, rodeado por elétrons. O núcleo contém prótons ― com carga elétrica positiva ― e nêutrons ― sem carga elétrica. Os elétrons, que circundam o núcleo, têm carga negativa, e eles são os responsáveis pela corrente elétrica com que lidamos no dia a dia.

A ilustração ao lado mostra uma visualização um pouco antiga, porém útil, de um átomo: os elétrons (em roxo) orbitam o núcleo formado pelos prótons (em vermelho) e nêutrons (em preto). (Créditos: Henry Schmitt)

A nível atômico, pode-se dizer que o que mantém a matéria unida é a atração entre elétrons e prótons: cargas de sinais opostos se atraem (*). Porém, a intensidade dessa coesão varia muito de material para material, dependendo de diversos fatores. Nos chamados condutores elétricos, como os metais, por exemplo, há alguns elétrons (tipicamente um ou dois por átomo) que são muito fracamente atraídos pelo núcleo, ficando “livres” o bastante para conduzir corrente, conforme veremos mais adiante: são os chamados elétrons de condução.

(*) Esse não é o modelo mais preciso que há hoje, mas é suficiente para o nível da nossa discussão. Para saber um pouco mais sobre modelos atômicos, isto é, descrições que os cientistas adotaram ou adotam para o átomo, veja a referência ao final do texto.

A matéria não é estática

Agora, pense num sólido (por exemplo, um fio de cobre). Embora a nível macroscópico esse objeto pareça rígido e estático, hoje sabemos que, olhando mais de perto, não é bem assim. Na verdade, os átomos que compõem esse material nunca estão realmente parados: eles estão vibrando, numa espécie de dança, uma coreografia aleatória e completamente desordenada; uns balançam da esquerda para a direita, outros de cima para baixo, alguns para frente e para trás e um zilhão deles em outra infinidade de direções. Em um sólido, porém, cada átomo “balança” sem sair muito do lugar, pois, em certo sentido, eles são mantidos “presos”, cada um na sua posição. Numa linguagem um pouco mais formal, dizemos que eles oscilam com pequena amplitude em torno da posição de equilíbrio - onde “pequena” quer dizer “muito menor que a distância entre os átomos” (a qual já é minúscula para a escala humana!).

Em resumo, os átomos apresentam uma vibração bastante desordenada, à qual chamamos agitação térmica; quanto maior a temperatura do material, mais rapidamente se dão essas oscilações. O que ocorre com os elétrons de condução, em “condições normais”, é muito parecido: eles se mexem desordenadamente, sem uma direção preferencial. É como em uma roda punk: as pessoas são atiradas para todos os lados, sem qualquer distinção ou civilidade. Essa explicação tem o objetivo de distinguir claramente esse tipo de movimento daquilo que chamamos de corrente elétrica.

Ligando as pontas

Para deixar as coisas mais interessantes, vamos conectar as duas pontas do nosso fio de cobre às extremidades de uma pilha (na prática, não é uma boa ideia fazer isso diretamente, pois você vai provocar um curto-circuito!). O que ocorre em uma pilha é um conjunto de reações químicas que, na prática, puxa elétrons de uma região (o polo positivo), forçando-os a se mover para outra (o negativo). É interessante pensar no conjunto dos elétrons de condução como um fluido ― por exemplo, água ―, e no circuito elétrico como uma tubulação fechada. Nessa analogia, a pilha desempenha o mesmo papel que uma bomba d’água, que gasta energia para colocar a água em movimento, fazendo surgir um fluxo ou vazão na tubulação.

A pilha funciona como uma bomba d’água, impulsionando os elétrons a se moverem numa dada direção, de acordo com a disposição dos polos. (Na figura, o movimento dos elétrons é indicado pelas setas verdes.)

Nessas condições, os elétrons de condução estarão se movendo ordenadamente, respeitando o fluxo que foi criado pela pilha. É isso que caracteriza a corrente elétrica: um movimento ordenado de cargas, que, em vez de simplesmente agitarem-se de modo aleatório, seguem um sentido específico. A agitação térmica ainda ocorre, e, portanto, os elétrons não se movem todos de forma idêntica, mas seguem uma direção aproximada. É como uma turma de alunos saindo da sala de aula na hora do recreio: cada um caminha do seu jeito, mas há uma direção preferencial, que é de dentro para fora da sala.

Em breve, falaremos sobre como essa corrente pode, por exemplo, acender uma lâmpada incandescente. Você entenderá, ainda, que existe uma diferença fundamental entre essa corrente elétrica, gerada por uma pilha, e aquela que é produzida pelas tomadas da sua casa. Aguarde!

Agradeço aos colegas Victor Mello, Gabriel Toschi e Clara Vidor pelos comentários e discussões que deram ao texto sua forma final.



Mais sobre o assunto:

Corrente elétrica em um nível um pouco mais técnico (Mundo Educação)

Modelos atômicos (Wikipédia)

Curto-circuito (InfoEscola)

Da curiosidade à tecnologia: nasce o eletromagnetismo



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