A corrente eléctrica, os materiais e a lei de ohm

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ELECTRICIDADE BEM FÁCIL

Para muitos pais, ter filhos e educá-los responsavelmente, é, por vezes, uma tarefa muito difícil. Apesar de existir uma ciência chamada Psicologia Infantil, entender o comportamento mental das crianças é algo de muito difícil de atingir. Com o objectivo de entender como pensam e actuam as crianças, alguma vez consideraria uma mãe a electricidade como fonte de informação? Pensamos que não, mesmo não esquecendo que muitos cientistas consideram o comportamento humano para estudar fenómenos físicos ou químicos, como por exemplo no caso dos remédios, das ondas cerebrais, temperatura do corpo humano, etc.

O caso seguinte é uma analogia que permite entender facilmente a electricidade básica mediante a análise o comportamento das crianças. Suponhamos que um grupo de crianças é levado a uma universidade, num dia de semana, na altura que os estudantes se inscrevem. As crianças são deixadas no extremo de um passeio largo de um dos edíficios. O local de inscrição está localizada no extremo oposto do passeio, passeio esse que se encontra cheio de estudantes esperando que abram as inscrições para se inscrever nos seus cursos. Os estudantes ocupam todo o passeio, encontrando-se alguns sentados no chão, outros apoiando-se nas paredes e falando uns com os outros para matar o tempo.

Esta é uma descrição da situação:

O objectivo desta experiência é fazer com que as crianças atravessem o passeio desde onde se encontram até ao local das inscrições, situado no outro extremo, e analisar os resultados.

Imaginemos que o passeio é um fio eléctrico e que os estudantes são os átomos de cobre que o formam. Digamos também que os crianças são “caragas eléctricas positivas”. Mais adiante entenderemos melhor este conceito. Por agora prossigamos com a nossa experiência.

Pedimos então às crianças que vão dum extremo ao outro do passeio, e, vendo que não se movem do seu lugar, damo-nos conta que para que façam o que lhes pedimos, temos de lhes dar um prémio. Decidimos então dar um cêntimo a cada um que chegue ao outro extremo do passeio. Vemos então que apenas uma das crianças decide começar a caminhar lentamente e com toda a calma através dos estudantes até onde está o local de matrícula. Claro está que com um cêntimo não há muita motivação nos crianças, só uns poucos vão. Os estudantes nem darão pelos crianças que passam entre eles. Os crianças chegarão então ao outro lado do passeio, receberão o seu cêntimo, sairão do edifício pela porta ao lado da secretaria de inscrição, e, por fora do edifício, darão a volta e entrarão novamente pela porta oposta, por onde inicialmente tinham entrado, e onde estão os outros crianças. Então, poderiam voltar a atravesssar o passeio, ou dizer aos outros crianças que poderão fazer o mesmo. Como conclusão, observamos que em média, 2 crianças por minuto atravessam o passeio.

Decidimos então dar a cada criança que chegue ao outro extremo, 1 euro, e, como era de esperar, agora são 5 ou 6 crianças que decidem ir até ao outro extremo, e também vemos que o fazem com mais garra, empurrando os estudantes que se encontrem no seu caminho. Os estudantes ficam um bocado chateados pela passagem dos crianças e isso causa um mau humor entre eles. Uma vez chegados ao outro lado, recebem o seu euro, saindo do edifício e voltando ao local onde estão os outros. Neste caso vimos que 6 crianças por minuto atravessavam o passeio para obter o seu euro.

Experimentámos então oferecer a cada menino uma nota de 5 euros. O resultado foi que quase todos os crianças decidiram atravessar o passeio, correndo e chocando com os estudantes que se exaltavam e os insultavam. O mau humor dos estudantes crescia e também se manifestava entre eles mesmos. Os crianças davam-se então conta que atravessar o passeio não era uma tarefa fácil pois os estudantes se chateavam muito com eles. Observámos então que uma média de 15 crianças atravessava o passeio.

Como passo seguinte, decidimos oferecer 20 euros. neste caso, todos os crianças decidiram ir até à outra ponta do passeio, correndo e aleijando ainda mais os estudantes que então lhes pregavam patadas e os agarravam. Tal era a fúria dos estudantes que ficavam todos suados libertando mais calor para o ambiente. A temperatura do apsseio então aumentou consideravelmente. Ainda por cima, como as crianças eram muitas, aleijavam-se entre si a correr demasiado juntos uns dos outros.

Como observação geral, demo-nos conta que se fossemos aumentado o prémio, a situação chegaria a tal ponto que a fúria dos estudantes causaria violentas reacções contra as crianças e entre eles mesmos, o que provocaria que a fila para inscrição nos curso se romperia.

Similarmente, quando motivamos cargas eléctricas a atravessar um cabo eléctrico cheio de átomos de cobre, elas fá-lo-ão e acordo com o prémio ou motivação que oferecermos. A motivação que falamos agora é chamada de voltagem (V) e mede-se em volts. Muitos de nós sabemos que 220 volts são motivação suficiente para fazer circular muitas cargas eléctricas através do nosso corpo que é o que ocorre quando apanhamos um choque elétrico (electrocussão) ao tocar um fio eléctrico com corrente.

Quando aplicamos pouca voltagem no circuito, são poucas as cargas que viajam através do mesmo causando pouca irritação nos átomos de cobre que forma o cabo. Quanto maior é a voltagem, ou motivação, mais são as cargas que viajam através do mesmo.

A quantidade de cargas que viaja através do cabo por segundo chama-se corrente eléctrica e mede-se em ampéres. É como a quantidade de crianças que viaja através do passeio em cada segundo.

Na nossa experiência também podemos medir quanto resistem os estudantes a que as crianças passem. Isso é o que chamamos resistência eléctrica (R), que medimos em ohms. Da mesma maneira, os átomos de cobre do cabo resistem à passagem das cargas já que as mesmas chocam com eles irritando-os e fazendo-os vibrar. Tal vibração sente-se como calor; de facto quando por um cabo circula muita corrente, ele aquece. Quando oferecemos muita motivação, como por exemplo se oferecêssemos uma viagem grátis à Disney World às crianças, elas seguramente causariam a rotura da fila de estudantes no passeio. Da mesma forma, se oferecermos uma alta voltagem (100 volts) a um cabo de um fúsivel, seguramente as cargas provocariam que o cabo aquecesse tanto que se derreteria instantaneamente.

AS CRIANÇAS NÃO SÃO PARVAS

Com certeza que não. Além de saberem a diferença entre 1 cêntimo, um euro e uma viagem à Disney World, eles também conhecem o tipo de passeio que têm de atravessar. Se vêm que o mesmo está cheio de cobras ou leões esfomeados, seguramente que não o irão atravessar.

Nesse caso, em que as cargas eléctricas vêem que têm que atravessar um material feito de plástico ou borracha (maus condutores), não o atravessam. Por isso são materiais isolantes. Se as crianças vêem estudantes universitários que não são tão perigosos, atrevem-se a cruzar, e se o que vêem for um passeio com algumas meninas inofensivas, seguramente o atravessarão, mesmo por 1 cêntimo já que as meninas representam muito pouca resistência. Este caso corresponde a aplicar uma voltagem, mesmo pequena (uns poucos volts), num cabo de boa qualidade (bom condutor), aparecendo assim uma corrente de cargas eléctricas através do mesmo.

Outro factor que tanto as crianças como as cargas eléctricas consideram antes de viajar através de um passeio ou de um cabo, é se os elementos que os forma estão ordenados ou não. Se os estudantes se dispuserem em filas perfeitas, seria mais fácil às crianças passar atavés deles, quer dizer, as crianças encontram menos resistência (R = poucos ohms). Mas se os estudantes estiverem desordenados, deitados no chão, encostados à parede, ou até movendo-se dum lado para o outro, o passeio será mais difícil de atravessar (R = muitos ohms). Se os átomos e cobre estiverem todos ordenados (cabo de boa qualidade) as cargas circulam mais facilmente, ou seja, o cabo é de pouca resistência. Mas se os átomos estão desordenados (cabo de má qualidade), ou de material não tão bom condutor) a corrente de cargas eléctricas é mais difícil pelo que menos cargas viajarão por segundo, o que significa uma corrente I de menor valor causada pela alta resistência do cabo.

Outro factor que as cargas e os crianças consideram é a densidade do passeio ou do cabo. Quer dizer, a quantidade de gente que há por metro quadrado. Digo gente porque isso se refere tanto aos estudantes como às crianças, já que as crianças também se atrapalham entre si. Se o passeio está cheio de pessoas, a resistência é maior, mas se há poucos estudantes, a resistência é menor (mais fácil de cruzar). Se os átomos são muitos e estão muito juntos entre si, é mais difícil para as cargas circular (muita resistência), mas se são poucos e estão muito separados, a resistência é menor.

Quando os engenheiros têm que comprar um cabo, elegem o que tem menos resistência (átomos mais separados e mais ordenados entre si), apesar de ser mais caro.

Apesar de já a termos mencionado, a temperatura também é um factor muito importante que afecta a intensidade de corrente I (quantos crianças ou cargas circulam por segundo). Se o ar condicionado do edifício não funciona e é Verão os estudantes seguramente tolerarão menos ter que fazer fila e sofrerem choques dos crianças correndo, do que se for Inverno. De certeza que têm menos paciência quando faz calor do que quando faz frio e, nesse caso, não lhes importa muito estar apertados num passeio.

Quando a temperatura do passeio ou do cabo aumenta, a resistência também aumenta. Em vez de precisar de uma voltagem de 1000 volts, ao aplicarmos apenas 800 volts, o fio de fusível derrete-se. Da mesma maneira, em lugar de ter que oferecer aos crianças uma viagem à Disney World para que se rompa a fila de estudantes, se estiver muito calor, com apenas 100 euros consegui-lo-emos.

No Inverno, por sua vez, quando a temperatura é baixa, as companhias de electricidade baixam a voltagem já que para obter o mesmo fluxo de cargas eléctricas de uma cidade para outra é precisa menos voltagem visto que a resistência do cabo é mais baixa.

Até agora a nossa experiência permite-nos entender a relação entre as 3 variáveis: a voltagem V (prémio ou motivação), a intensidade de corrente I (quantas cargas circulam por segundo), e a resitência R (quanto resistem os átomos a que as cargas passem). A relação entre elas pode ser escrita assim:

(voltagem V)

–——————= (corrente I) ou

(resistência R)

(voltagem V) = (corrente I) x (resistencia R)

De onde podemos observar que se aumentarmos a voltagem (motivação), a corrente aumenta, e quanto maior é a resistência oferecida pelo circuito menor é a corrente. Esta equação foi descoberta por George Ohm e por isso é conhecida por Lei de Ohm.

CURTO – CIRCUITO

Analisemos o que se passartia se a pessoa que dá os prémios aos crianças sai do edifício, dá a volta e fica na entrada de onde saem as crianças. Neste caso, as crianças não teriam de atravessar o passeio para receber oprémio. Por outras palavras, receber o prémio não requer nenhum esforço. Neste caso todas as crianças se atirariam para cima dessa pessoa instantaneamente e de forma desesperada arrastando-a, como quando numa festa de anos de uma criança alguém aparece com uma torta no local onde estão todos as crianças. Da mesma forma, se juntarmos um pólo negativo que é o que tem o prémio com um pólo positivo que é de onde saem as cargas, elas não teriam de atravessar o circuito ou cabo com resistência para obterem o que queriam. Neste caso elas atirar-se-iam desesperadamente ao pólo negativo provocando uma explosão que é chamada de curto-circuito, que, concerteza, todos já vimos algumas vezes, e que é uma das causas mais comuns de incêndio.

(Traduzido d)o mesmo artigo em espanhol

http://olmo.pntic.mec.es/~jmarti50/ley_ohm/elect1.htm