A corrente elétrica é um dos principais elementos no estudo da eletrodinâmica. Costumamos classificar essa grandeza em corrente contínua e corrente alternada, ambas muito importantes em circuitos elétricos.

A seguir, você vai aprender informações super importantes sobre corrente elétrica: sua definição, como calcular, a diferença entre corrente contínua e alternada, suas diversas aplicações e também como o Enem e os vestibulares cobram esse conteúdo. Vamos lá? ⚡

O que é corrente elétrica?

Corrente elétrica é um fluxo ordenado de portadores de cargas elétricas, normalmente elétrons (mas existem também correntes de íons positivos em uma solução eletrolítica, por exemplo). Dizer que o fluxo é ordenado significa que a direção e o sentido são bem definidos, estabelecidos por uma diferença de potencial (ddp).

Essa é a principal diferença entre a eletrostática e a eletrodinâmica. Na eletrostática, existem situações em que os portadores de cargas podem se mover (como nos processos de eletrização), mas sem ter um sentido preferencial. Já na eletrodinâmica, a ddp determina um sentido para as cargas se moverem, formando a corrente elétrica.

Para entender melhor essa ideia, pense na seguinte analogia: se dois corpos estiverem em contato e suas temperaturas forem diferentes, haverá transferência de calor do corpo mais quente para o mais frio. Mas quando as temperaturas se igualarem, significa que os corpos atingiram equilíbrio térmico, então não haverá mais troca de calor.

Por analogia, se houver diferença de potencial (ddp/tensão) entre duas regiões de um condutor, haverá passagem de carga de uma região para outra, ou seja, passará uma corrente elétrica através desse condutor. Essa corrente é formada por portadores de carga do próprio condutor.

Somente passará corrente enquanto houver ddp. Se uma das regiões receber elétrons suficientes, os potenciais vão se igualar, não havendo mais corrente.

Se quisermos manter sempre uma ddp, garantindo que continue passando corrente, é preciso usar algum tipo de gerador elétrico, como uma pilha ou uma bateria.

Corrente elétrica: sentido real x sentido convencional

Ao estabelecer uma ddp em um condutor, haverá passagem de corrente, certo? Lá da eletrostática, nós sabemos que, se considerarmos o movimento de elétrons, o sentido desse movimento é do polo negativo (menor potencial) para o polo positivo (maior potencial).

Dizemos que esse é o sentido real dos elétrons: o sentido em que eles de fato se deslocam no condutor. Ligando uma lâmpada em um circuito com uma pilha, por exemplo, teremos elétrons se deslocando em um sentido que vai do polo negativo para o polo positivo da pilha.

No entanto, esse não é o sentido com que trabalhamos para a corrente elétrica. Historicamente, convencionou-se trabalhar com o sentido da corrente indo do polo positivo para o negativo, ou seja, exatamente o contrário do sentido real dos elétrons! Esse é o chamado sentido convencional da corrente.

É como se a corrente elétrica fosse formada por partículas portadoras de carga positiva. Esquisito, né? No entanto, trabalhar com o sentido convencional da corrente não fará diferença na hora de estudar os circuitos elétricos.

Ah, é importante lembrar que, na eletrodinâmica, não trabalhamos com movimento de prótons: isso só acontece em processos nucleares, que não é o nosso foco.

Por que a lâmpada acende quando acionamos o interruptor?

Você sabe por que as lâmpadas acendem tão rápido quando acionamos o interruptor?

Algumas pessoas pensam que é porque os elétrons que estavam próximos do interruptor no circuito interno residencial se deslocam com velocidade altíssima até chegar na lâmpada. Não é assim que acontece!

Na verdade, a velocidade com que os elétrons se deslocam em um circuito doméstico é muito pequena. O que é super rápido é a propagação do campo elétrico estabelecido quando fechamos o circuito.

Acionando o interruptor, o campo elétrico se propaga com velocidade quase idêntica à velocidade da luz no vácuo, ou seja, cerca de ( 3 \cdot 10^8\ m/s ), ou seja, são os próprios elétrons da lâmpada que, submetidos ao campo elétrico, fazem ela brilhar.

Como calcular a corrente elétrica

Podemos calcular a intensidade média da corrente através da razão entre o módulo da quantidade de carga (|Q|) que atravessa uma região do condutor e o intervalo de tempo (Δt) em que isso ocorre:

\[ i_M = \frac{|Q|}{\Delta t} \]

Caso a intensidade da corrente seja constante, podemos simplesmente falar em "intensidade da corrente".

Se você se lembrar que podemos calcular a quantidade de carga de um corpo carregado por \( Q = n \cdot e \), sendo e a carga elétrica elementar (que vale aproximadamente \( 1,6 \cdot 10^{-19}\ C \)) e n um número inteiro, podemos isolar |Q| na fórmula da corrente elétrica e igualar a \( n \cdot e \):

\[ |Q| = i \cdot \Delta t = n \cdot e \]

Sabendo a intensidade da corrente, você pode usar essas relações em questões que trabalham com a quantidade de carga que atravessou um condutor durante um intervalo de tempo.

Veja que, como a quantidade de carga é o produto da corrente pelo intervalo de tempo, podemos generalizar para a seguinte propriedade: em um gráfico i × t, a área é numericamente igual à quantidade de carga que atravessou o condutor durante aquele intervalo de tempo:

No Sistema Internacional, a unidade de corrente elétrica é o coulomb por segundo (C/s), que recebe um nome especial: ampère (A).

E como a carga elétrica pode ser calculada através do produto da corrente pelo tempo, uma unidade comum para carga é o ampère-hora (Ah), que é o produto do ampère (unidade de corrente) por hora (unidade de tempo), bem como seus múltiplos, com o miliampère-hora (mAh).

Apesar de falarmos em sentido da corrente, é bom lembrar que não se trata de uma grandeza vetorial. A corrente elétrica é uma grandeza escalar.

Tipos de corrente

Costumamos estudar dois tipos principais de corrente elétrica: a corrente contínua e a alternada. Elas diferem devido aos seus sentidos em um circuito.

Nos estudos da eletrodinâmica, praticamente todas as situações que veremos envolvem corrente contínua.

Corrente contínua (CC)

Nesse tipo de corrente elétrica, o fluxo dos elétrons ocorre sempre no mesmo sentido. O modelo abaixo ilustra a ideia do comportamento de uma corrente contínua.

Corrente alternada (CA)

Ao contrário da corrente contínua, no caso da corrente alternada, o fluxo dos elétrons alterna seu sentido, em um movimento oscilatório de ir e vir periodicamente.

Na imagem abaixo, você pode ter uma noção de como se comporta uma corrente alternada.

Diferenças entre corrente contínua e alternada

Vimos que a principal diferença entre corrente contínua e alternada é que a contínua tem sempre o mesmo sentido, enquanto a alternada inverte seu sentido periodicamente.

Os gráficos abaixo ilustram exemplos desses dois tipos de corrente elétrica:

O gráfico da corrente contínua mostra que a corrente i tem sempre o mesmo sentido. Além disso, sua intensidade é constante, o que é evidenciado pela reta horizontal. Caso a intensidade variasse, mas mantivesse o mesmo sentido, a corrente ainda seria contínua.

Já no gráfico da corrente alternada, o sentido varia ao longo do tempo. Quando a curva passa pelo eixo do tempo significa que houve inversão no sentido da corrente. Outra coisa que podemos perceber é que a intensidade da corrente também varia.

Frequência

Para correntes alternadas, podemos atribuir um valor de frequência, ou seja, de quantas oscilações ocorrem a cada unidade de tempo.

É a mesma ideia de frequência que usamos no estudo dos movimentos circulares, dos movimentos harmônicos simples e da ondulatória.

No Brasil, as redes elétricas domésticas funcionam com corrente alternada de ciclo igual a 60 hertz, ou seja, 60 oscilações completas (ou ciclos) a cada segundo. Em outras palavras, numa fração de 1/60 de segundo, a corrente completa uma oscilação, como na imagem a seguir:

Se esse gráfico representa a corrente elétrica em um dispositivo ligado a uma tomada doméstica brasileira, isso significa que, no intervalo de um segundo, teríamos 60 dessas oscilações completas.

Uso em circuitos

Circuitos elétricos são caminhos fechados por onde pode haver passagem de corrente elétrica. Na eletrodinâmica, a corrente desempenha um papel indispensável no funcionamento de circuitos. Afinal, sem corrente elétrica envolvida, não há como os dispositivos elétricos ligados ao circuito funcionarem.

💡 E aqui vale uma dica: em processos seletivos, a maioria das questões de eletrodinâmica envolve circuitos elétricos alimentados por corrente contínua.

Aplicações de CA e CC

Os circuitos mais simples, alimentados por pilhas ou por baterias, funcionam com corrente contínua. É esse o tipo de situação que vai aparecer na maioria das questões do Enem ou de algum vestibular.

Esses tipos de dispositivos geram correntes contínuas porque suas polaridades são fixas, ou seja, o polo positivo e o polo negativo estão sempre localizados nos mesmos terminais.

Logo, dispositivos que são alimentados por pilhas ou baterias (como controles remotos, calculadoras e brinquedos) operam com corrente contínua.

Como vimos, as redes elétricas residenciais fornecem correntes alternadas. Essa oscilação no sentido dos elétrons tem origem na inversão da polaridade da fonte de tensão. No caso de uma usina de energia, essa inversão da polaridade é explicada pela Lei de Faraday.

O que acontece é que muitos equipamentos eletrônicos que utilizamos operam com corrente contínua. Para isso, é comum utilizar diodos, dispositivos que regulam o sentido da corrente elétrica, podendo transformar uma corrente alternada em corrente contínua.

🔌 Algumas fontes de eletrônicos, como laptops, já são fabricadas com componentes que adaptam e estabilizam a corrente elétrica proveniente da rede doméstica.

Curiosidade: a batalha das correntes

Até o final do século 19, os poucos lugares que possuíam equipamentos elétricos eram abastecidos por corrente contínua, vendida e defendida pelo inventor Thomas Edison.

No entanto, a corrente contínua tinha um problema grave: grande parte de sua potência elétrica era perdida em cabos de transmissão. Logo, até então, era inviável a transmissão de eletricidade a longas distâncias.

Dessa forma, para expandir o uso de energia elétrica, seria necessária a construção de uma usina elétrica próxima de cada centro urbano.

Em seguida, tendo consciência desse problema, Nikola Tesla, ex-funcionário de Edison, surgiu com a solução: a corrente alternada. Com o uso de certos equipamentos, a corrente alternada poderia ser transportada a longas distâncias sem muita perda de potência!

Consequentemente, ambos passaram a disputar pelo direito de eletrificar diversas cidades americanas, e foi assim que a Batalha das Correntes começou.

Visto que não tinha chances contra seu concorrente, Edison optou por uma estratégia mais ousada: iniciou uma campanha de desinformação, tentando fazer a população acreditar que a corrente alternada de Tesla era extremamente perigosa.

Mas nada disso adiantou e, no fim, Tesla ganhou a batalha e o direito de eletrificar cidades. Para tal, geradores hidrelétricos foram construídos nas Cataratas do Niágara.

🎬 O filme A batalha das correntes retrata essa disputa comercial pelo uso das correntes elétricas. Além de Tesla e Edison, outra figura de destaque no filme é o empresário George Westinghouse, cujos interesses econômicos na corrente alternada o colocaram como opositor de Edison nessa batalha.

Resumo: corrente contínua e alternada

Vamos relembrar os tópicos mais importantes que aprendemos sobre corrente elétrica!

• Corrente elétrica: fluxo ordenado de portadores de cargas elétricas, estabelecido por uma diferença de potencial;
• Sentido real: é o sentido no qual os elétrons de fato se deslocam (sentido do polo negativo para o polo positivo);
• Sentido convencional: sentido que utilizamos para a corrente. É o sentido em que portadores de carga positiva se deslocariam, ou seja, do polo positivo para o polo negativo;
• Cálculo da corrente elétrica: \( i_M = \frac{|Q|}{\Delta t} \)
• Cálculo da quantidade de carga a partir da corrente elétrica: \( |Q| = i \cdot \Delta t = n \cdot e \)
• Em um gráfico i × t, a área é numericamente igual à quantidade de carga que atravessou o condutor durante aquele intervalo de tempo;
• Unidade de corrente elétrica no Sistema Internacional: ampère (A);
• Corrente contínua: o fluxo dos elétrons ocorre sempre no mesmo sentido;
• Corrente alternada: o fluxo dos elétrons alterna seu sentido;
• Circuitos elétricos são caminhos por onde pode haver passagem de corrente elétrica;
• Pilhas e baterias fornecem corrente contínua;
• Redes elétricas residenciais fornecem corrente alternada.

Como os tipos de corrente elétrica caem no Enem e vestibulares

A maioria das perguntas focadas em corrente elétrica são questões de cálculo e envolvem a fórmula da corrente e os gráficos i × t. Além disso, a corrente elétrica aparece bastante em outros assuntos da eletrodinâmica, principalmente em associações de resistores e circuitos elétricos.

Para fechar, vamos conferir dois exemplos de questões sobre corrente elétrica: uma do Enem PPL (pessoas privadas de liberdade) e outra do vestibular da Unicamp.

Exemplo de questão de corrente elétrica no Enem

(Enem PPL) A figura mostra a bateria de um computador portátil, a qual necessita de uma corrente elétrica de 2 A para funcionar corretamente.

Quando a bateria está completamente carregada, o tempo máximo, em minuto, que esse notebook pode ser usado antes que ela “descarregue” completamente é

a) 24,0.

b) 36,7.

c) 132.

d) 333.

e) 528.

Resposta: [C]
Do enunciado, sabemos que a bateria necessita de uma corrente de 2 A. Além disso, vemos outra informação importantíssima na imagem: 4.400 mAh (miliampère-hora). Você lembra o que é mAh? É a unidade de carga elétrica!

Em outras palavras, com uma corrente de 2 A, podemos fornecer à bateria uma carga de 4.400 mAh. O que a questão quer saber é o tempo máximo que podemos utilizar o notebook (fora da tomada) até que a bateria descarregue por completo.

Bom, como as respostas estão em minutos, vamos converter mAh (miliampère-hora) para ampère minuto. Para isso, temos que multiplicar por 10^-3 (devido ao prefixo mili) e por 60 (uma hora tem 60 minutos):

\[ 4.400\ mAh = 4.400 \cdot 10^{-3} \cdot 60\ A \cdot min = 264\ A \cdot min \]

Pela relação entre carga e corrente elétrica, \( Q = i \cdot \Delta t \). Logo,

\[ \Delta t = \frac{Q}{i} \]
\[ \Delta t = \frac{264}{2} = 132\ min \]

Exemplo de questão de corrente elétrica nos vestibulares

(Unicamp) Tecnologias móveis como celulares e tablets têm tempo de autonomia limitado pela carga armazenada em suas baterias. O gráfico abaixo apresenta, de forma simplificada, a corrente de recarga de uma célula de bateria de íon de lítio, em função do tempo.

Considere uma célula de bateria inicialmente descarregada e que é carregada seguindo essa curva de corrente. A sua carga no final da recarga é de

a) 3,3 C

b) 11.880 C

c) 1.200 C

d) 3.300 C

Resposta: [B]
Nessa questão, temos um gráfico da corrente (em miliampère) em função do tempo (em hora), representando o processo de carga de uma célula de bateria. A partir daí, o enunciado pede que calculemos a carga da bateria ao final da recarga.

A primeira coisa que temos que nos atentar é que as respostas estão todas em coulomb (C), enquanto as unidades da corrente e do tempo estão incompatíveis. Temos que converter os valores de corrente para ampère e os valores de tempo para segundos.

Em seguida, temos que lembrar da seguinte propriedade: nesse tipo de gráfico, a área é numericamente igual à carga elétrica, que é justamente o que queremos calcular! Veja que a figura formada é um trapézio.

Da Matemática, sabemos que a área de um trapézio corresponde à metade do produto entre a soma das bases e a altura do trapézio:
\[ A = \frac{(B\ +\ b) \cdot h}{2} \]

Assim, basta substituir os valores, tomando cuidado com as conversões de unidades:
\[ A = \frac{(5,5 \cdot 3.600) \cdot 1.200 \cdot 10^{-3}}{2} \]
\[ A = 11.880\ C\]

Colaborou nesta publicação: Denis Fin