Como funciona o circuito elétrico e os efeitos da corrente (ART442)
A palavra circuito é empregada a todo momento em publicações técnicas de eletrônica. No entanto, poucos leitores realmente sabem o que ela significa. Entender o que é um circuito elétrico é algo muito importante para se poder trabalhar com segurança com todos os tipos de aparelhos eletrônicos e principalmente para se fazer projetos nesta área. Da mesma forma, quando uma corrente percorre um circuito muita coisa acontece. Os efeitos da corrente num circuito são a base de funcionamento de todos os aparelhos elétricos e eletrônicos. Estes dois assuntos: circuitos e efeitos da corrente serão explicados em linguagem bastante simples neste artigo.
Um fluxo de cargas elétricas ou corrente elétrica só pode se estabelecer se dois pontos, um que tenha excesso de elétrons (ou que esteja carregado negativamente) e outro que os tenha em falta (que esteja carregado positivamente) forem interligados por meio de um fio condutor ou de elementos que sejam condutores, conforme mostra a figura 1.
Circulação de uma corrente.
Veja então que os pontos que estão sob potenciais diferentes, ou seja, que manifestam o excesso de cargas e a falta de cargas consistem numa fonte de energia elétrica e essa energia será utilizada no momento em que a corrente puder circular entre eles.
Dois corpos carregados de eletricidade que sejam interligados da forma indicada consiste numa fonte momentânea de energia, pois uma vez que o equilíbrio das cargas seja restabelecido a corrente cessa.
No entanto, podemos elaborar dispositivos que, convertendo energia de outro tipo em energia elétrica mantenha constantemente, entre dois pólos, a falta de elétrons e o excesso.
Esses dispositivos são os geradores de energia elétrica como as pilhas, os dínamos, as células solares, etc. Sua representação é mostrada na figura 2.
Geradores e seus símbolos.
Veja então que á medida que cargas negativas (elétrons) forem saindo do pólo negativo para neutralizar as cargas do positivo, o dispositivo gerador se encarrega de manter o desequilíbrio retirando cargas negativas que chegam ao positivo e recolocando-as em lugar das que saem do negativo, conforme mostra a figura 3.
O gerador recoloca as cargas nos pólos de modo a manter o desequilíbrio elétrico.
Trata-se, portanto, de um "circuito fechado" para a movimentação das cargas, pois não podemos "criar" cargas no dispositivo gerador, mas simplesmente utilizar sempre as mesmas para formar a corrente.
Este percurso que inclui o condutor externo por onde passa a corrente e o gerador que restabelece a diferença de potencial entre os seus pólos é denominado "circuito elétrico" ou simplesmente "circuito".
Podemos então definir o "circuito" como o percurso fechado que as cargas fazem quando circula uma corrente entre um gerador e algum dispositivo que utilize a energia deste gerador.
No nosso exemplo, o circuito é formado por um gerador e como receptor temos apenas o fio condutor que une seus pólos. Trata-se de um circuito elétrico simples. Na verdade, trata-se de um "curto-circuito", pois não há para quem entregar a energia produzida pela pilha a não ser o próprio condutor.
No entanto, podemos ter circuitos elétricos mais complicados, se a corrente tiver de passar por dispositivos diversos, conforme mostra a figura 4.
Correntes num circuito complexo.
Estes dispositivos podem então utilizar a energia produzida pelo gerador, convertendo-a em outras formas de energia. Uma lâmpada converte a energia em luz, um motor em força mecânica e um alto-falante em som.
Os circuitos, normalmente são formados por um ou mais elementos que geram energia, um ou mais elementos que recebem esta energia e os condutores que fazem a distribuição da energia envolvida no processo, conduzindo as cargas.
Na figura 5 temos um exemplo de um circuito complexo, como encontramos normalmente nos aparelhos eletrônicos, em que temos diversos tipos de dispositivos, trabalhando de formas diferentes a energia recebida do gerador.
Correntes num circuito eletrônico.
O importante para a eletrônica e para o próprio uso prático da eletricidade é que, conforme o dispositivo por onde a corrente tem de passar podemos ter um efeito diferente.
O aproveitamento prático desses efeitos é que nos leva à grande utilidade da eletricidade como fonte de energia.
Quando uma corrente elétrica, ou seja, uma certa quantidade de cargas, passa através de um meio condutor, diversos fenômenos podem ocorrer.
Os principais efeitos da passagem de uma corrente através de um meio condutor são os seguintes:
a) Efeito térmico
Quando uma corrente encontra uma certa oposição para sua passagem, ou seja, encontra uma certa RESISTÊNCIA, para vencer esta resistência é preciso haver um dispêndio de energia.
Como energia não pode ser destruída nem criada, o que ocorre é uma transformação. Neste caso, a energia é convertida em calor, ou seja, em energia térmica.
Assim, o resultado da passagem da corrente por um meio que lhe ofereça qualquer oposição, por menor que seja, é a produção de calor.
Esse efeito é aproveitado em inúmeros tipos de dispositivos como por exemplo os elementos de aquecimento, popularmente denominados de "resistências" de aparelhos como ferros de passar, aquecedores de ambientes, etc.
Conversão de energia elétrica em calor.
Os resistores são dispositivos que têm por função dificultar a passagem de correntes pelos circuitos de modo a reduzir sua intensidade aos valores desejados. Assim, os resistores convertem energia elétrica em calor. Na verdade, uma boa parte dos dispositivos eletrônicos aquece devido a este efeito.
b) Efeito luminoso
Podemos considerar este efeito como consequência do efeito térmico, se considerarmos que, aquecendo muito um corpo, suas moléculas vibrar a ponto de produzir radiação eletromagnética visível, ou seja: luz. Assim, um ferro muito aquecido (em brasa) "acende" com luz vermelha, amarela ou mesmo branca, conforme sua temperatura.
Numa lâmpada incandescente comum este efeito é aproveitado: a forte corrente que passa pelo filamento aquece-o a ponto dele emitir luz, conforme mostra a figura 7. Temos a conversão de energia elétrica em luz (e calor também).
Conversão de energia elétrica em luz.
No entanto, devemos considerar o caso em que a circulação de uma corrente produz diretamente a emissão de luz.
É o caso da ionização do gás no interior de uma lâmpada fluorescente. Aplicando-se uma tensão suficientemente elevada a uma lâmpada fluorescente, o gás no seu interior ioniza, tornando-se condutor. A corrente circulando por esse gás faz com que ele emita luz.
Dispositivos semicondutores como os LEDs ao serem percorridos por correntes elétricas são excitados de modo a produzir luz.
Como o calor é uma consequência da resistência encontrada no processo de circulação da corrente e não o calor responsável pela luz, podemos dizer que estes dispositivos aproveitam realmente o efeito indicado e não o térmico.
c) Efeito magnético
Uma carga elétrica parada cria em sua volta uma perturbação no espaço que denominamos "campo elétrico". No entanto, quando as cargas elétricas se movem, é criada uma perturbação de natureza diferente, denominada "campo magnético".
Num condutor percorrido por uma corrente o campo magnético pode ser representado por linhas de força que o envolvem, conforme mostra a figura 8.
O campo magnético gerado por uma corrente.
Este campo magnético se estende a uma distância infinita do condutor, apenas tornando-se mais fraco com essa distância.
Se enrolarmos o condutor de modo a formar bobinas, podemos fortalecer o campo produzido pela corrente e assim aproveitá-lo em inúmeros tipos de dispositivos, conforme mostra a figura 9.
Campo criado por uma bobina.
Uma bobina pode então "gerar" um campo suficientemente forte para atrair metal e um conjunto de bobinas pode ser montado de modo a girar um rotor. Temos então dispositivos muito importantes que aproveitam este efeito como os solenóides, relés, eletroimãs, alto-falantes, motores, etc.
Veja que, o aparecimento do campo magnético aparece sempre que há corrente, não importando em que condições. Assim, o efeito magnético é o único que se manifesta sempre.
d) Efeito químico
A água é um isolante natural quando pura. No entanto, quando certas substâncias, tais como sais, ácidos e bases são dissolvidos na água, ela se torna condutora.
Fazendo uma corrente passar por uma solução, ou seja, água com qualquer substância que a torne condutora, temos a produção de efeitos interessantes.
Esses efeitos são de natureza química, pois envolvem transformações da matéria e um dos mais importantes é a eletrólise da água. mostrada na figura 10.
Dissolvendo ácido sulfúrico na água, a passagem da corrente decompõem a água em seus elementos formadores, ou seja, o hidrogênio e o oxigênio. Estes elementos, na forma de gás borbulham então junto aos fios de conexão à solução, denominados "eletrodos".
Outros tipos de reações ocorrem com a corrente como por exemplo a deposição de metais nos processos de galvanoplastia, etc.
e) Efeito fisiológico
As correntes elétricas, ao atravessarem seres vivos podem provocar diversos tipos de reações.
Uma corrente fraca pode simplesmente causar estímulos ou contrações musculares, como por exemplo as que são provocadas por certos tipos de massageadores e aparelhos de relaxamento.
No entanto, se a corrente for mais intensa ela pode causar sensações desagradáveis e até a morte: é o choque elétrico.
Alguns efeitos adicionais poderiam ser citados, mas normalmente eles ocorrem como consequência dos efeitos indicados, ou seja, são secundários.
Assim, o som gerado pelos alto-falantes que é uma forma de energia, na verdade é consequência do efeito magnético, pois a bobina percorrida por uma corrente produz uma força mecânica que movimenta o cone, o qual, pressionando o ar gera sons.