Capítulo 6 - CORRENTE & RESISTÊNCIA

MODELO MICROSCÓPICO

Até agora, abordamos situações em que cargas elétricas são consideradas estáticas, ou quase estáticas. Mesmo as situações em que levamos em conta movimento de cargas, como no caso dos capacitores, isso foi feito para facilitar o raciocínio, pois a situação analisada era a do equilíbrio eletrostático. Neste capítulo vamos iniciar o estudo de situações em que cargas elétricas estão em movimento. O estudo geral da eletrodinâmica é bastante complexo, havendo necessidade do uso da teoria da relatividade restrita.

Cargas elétricas podem movimentar-se sob a ação de campos elétricos e magnéticos, e em diversos ambientes. Vamos cuidar de distinguir bem cada um desses casos. Inicialmente vamos tratar de elétrons movendo-se em resistores, em regime estacionário, sob a ação de um campo elétrico provido por uma bateria. 

Microscopicamente, a corrente elétrica consiste num fluido de elétrons movendo-se ao longo de uma estrutura cristalina. A rede cristalina forma obstáculos, de modo que o movimento dos elétrons, quando visto microscopicamente, parece caótico. Cada vez que um elétron aproxima-se de um desses obstáculos da rede cristalina, seu movimento é desviado, algumas vezes retroativamente. Esse movimento tipo zig-zag é ilustrado na Figura 6.1, onde são indicados o sentido do campo elétrico, o movimento de um elétron e a velocidade de deriva. Esta velocidade define o movimento efetivo do elétron. A relação entre o movimento efetivo e o movimento em zig-zag, é semelhante ao de uma pessoa que dá dois passos para a frente e um para trás; no final das contas ela vai andar para a frente.

Figura 6.1

Entre os vários fatores que afetam o movimento eletrônico num condutor, a temperatura é um dos mais importantes. Teremos oportunidade de discutir isso mais adiante, mas é conveniente adiantar uma abordagem qualitativa a esse problema. O primeiro efeito da temperatura é fazer vibrar a rede cristalina, de modo que os obstáculos ilustrados na Figura 6.1 estão constantemente mudando de lugar. Na Figura 6.1 eles estão fixos; isso representa uma situação irreal, onde a temperatura é absolutamente nula. Neste caso, poderiam haver alguns canais de trânsito livre para o elétron, como o indicado pela seta , na Figura 6.1. À medida que a temperatura aumenta vibrações são introduzidas, de modo que desordens localizadas impedem mais efetivamente o movimento eletrônico. Veja que o canal que existia na Figura 6.1 deixa de existir na Figura 6.2, que ilustra uma situação desordenada.

Figura 6.2

Este aplicativo simula a situação descrita acima. As esferas amarelas representam os átomos na rede cristalina, e os pontos vermelhos representam os elétrons livres. Aumente o valor da corrente, deslocando para a direita, o cursor da barra abaixo da modura. Para observar com mais precisão, use uma corrente baixa.