Caleidoscópio
20/08/2018

No último episódio…

No texto anterior, falamos sobre o que é corrente elétrica. Partimos do básico, comentando as minúsculas partículas que compõem a matéria: prótons, elétrons e nêutrons. Em seguida, explicamos o papel de uma pilha, que “bombeia” os elétrons, fazendo-os se mover ordenadamente ao longo de um circuito formado por um fio de cobre, por exemplo. Agora, veremos como esse fluxo ― ou corrente elétrica ― pode ser usado para acender uma lâmpada, e explicaremos as semelhanças e diferenças entre esse fenômeno e o que ocorre quando você liga um eletrodoméstico na tomada.

Em brasa

Digamos que, além da pilha, fazemos o fio de cobre passar por uma lâmpada incandescente (daquelas antigas, com luz amarelada, que esquentavam bastante e por isso caíram em desuso). Uma corrente elétrica vai se estabelecer, conforme explicamos antes, e os elétrons se moverão ordenadamente ao longo de todo o circuito composto pelos pedaços de fio e pelo filamento da lâmpada. Esse filamento é composto de outro tipo de metal, como por exemplo o tungstênio. O que faz a lâmpada acender é o fato de que os elétrons da corrente vão se chocar fortemente com os átomos de tungstênio, aumentando a agitação natural destes. Como já mencionamos no texto anterior, essa é a agitação térmica, traduzida pela temperatura do filamento; portanto, essa temperatura aumenta.

Ou seja, a função da corrente elétrica, numa lâmpada incandescente, é simplesmente esquentar o filamento metálico, eventualmente provocando o que chamamos de emissão térmica. Você provavelmente já viu, pelo menos em filmes, um metal sendo aquecido até que comece a ficar em brasa, ganhando luz própria. É exatamente isso que ocorre na lâmpada incandescente: ela esquenta tanto que começa a emitir luz visível. (E a maior parte da energia é gasta no aquecimento em si, e não na emissão luminosa; por isso a eficiência energética dessas lâmpadas é terrível.)

Tanto a espada sendo forjada quanto a lâmpada incandescente emitem luz por aquecimento. (YouTube - Niels Provos/Wikimedia Commons)

Revezando os polos

Tudo o que dissemos até agora se refere ao que chamamos corrente contínua: a pilha “induz” um sentido preferencial de movimento para os elétrons, e esse sentido é fixo, do polo positivo para o negativo da pilha. A coisa toda é diferente se você liga um eletrodoméstico na tomada. A tensão elétrica entre os terminais da tomada é alternada, o que significa que ela induz no circuito do eletrodoméstico uma corrente que varia no tempo: ora tem um sentido, ora outro. É como se a tomada fosse uma pilha cujos polos se invertem periodicamente: o que é negativo em um instante vai se tornando positivo ao longo do tempo, depois voltando a ser negativo gradativamente. Esse “revezamento” se dá o tempo inteiro, e um ciclo completo ― isto é, um terminal sendo o “máximo positivo”, se transformando em negativo, e retornando ao máximo positivo ― se repete, no caso da rede elétrica brasileira, 60 vezes em um único segundo! Por isso dizemos que a corrente da rede é de 60 Hz (lê-se: hertz); um hertz significa “um ciclo por segundo”.

A consequência disso, como já dissemos, é que a corrente elétrica fica mudando de sentido o tempo todo. E essa variação é simétrica, no sentido de que o tempo que os elétrons levam se movendo para lá é o mesmo que levarão, logo em seguida, se movendo para cá. Não só isso: no final de um ciclo, o deslocamento dos elétrons é nulo! Note que isso ainda é um movimento ordenado, diferentemente da agitação térmica: embora o sentido do movimento seja variável ao longo do tempo, se você tirasse uma “foto” instantânea dos elétrons, veria que, num certo instante, eles têm exatamente o mesmo comportamento que os elétrons em uma corrente contínua. A principal diferença é que o sentido da corrente muda o tempo inteiro. Isso é o que chamamos de corrente alternada: os elétrons ficam indo e voltando ordenadamente, como em uma ciranda onde as crianças se movem ora para um lado, ora para o outro. (Veja esta animação!)

Sério mesmo?

De fato, é estranho (ou, no mínimo, contraintuitivo) o fato de que você pode estabelecer uma corrente elétrica sem fixar um único sentido de movimento, com elétrons indo e voltando. Lembre, porém, do exemplo da lâmpada incandescente. Mesmo com uma corrente alternada, ainda haverá, da mesma forma, as colisões dos elétrons com os átomos do filamento, e a transferência de energia que provocará um aumento na temperatura e consequentemente a emissão de luz. Ou seja, o funcionamento da lâmpada, em princípio, independe de a corrente ser contínua ou alternada! Da mesma forma, os aparelhos que temos em casa poderiam funcionar com os dois tipos de corrente (alguns deles, inclusive, só funcionam com corrente alternada, por diferentes motivos).

Em inglês, corrente alternada se diz alternating current (AC), e corrente contínua, direct current (DC). Por isso, em equipamentos antigos que eram feitos para operar com os dois tipos de tensão, podiam-se ler as iniciais: AC/DC. Ainda hoje podemos encontrar essa inscrição em multímetros, que são um tipo de instrumento feito para tomar medidas elétricas. Daí o nome da famosa banda de rock encabeçada pelos irmãos Young!

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:

Rradiação térmica (Wikipédia)

Por que as lâmpadas fluorescentes são mais eficientes do que as incandescentes? (Canaltech)

Animação ilustrativa dos dois tipos de corrente (YouTube)

Visualizando o potencial elétrico (YouTube)

Mais sobre corrente contínua e alternada (Mundo Educação)



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