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Introdução à eletrodinâmica: principais conceitos

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Chamamos de eletrodinâmica a parte da física que estuda o movimento da energia elétrica bem como suas muitas aplicações práticas.

Todos sabem da importância da energia elétrica para a vida nos tempos atuais, sem eletricidade não existiriam Internet, televisão, rádio, lâmpadas.

Apesar de sua importância amplamente conhecida a eletricidade é um tema constante de estudos uma vez que suas aplicações continuam surgindo, os estudos são geralmente sobre como produzir mais energia e utilizar menos, bem como melhorar as formas de armazenamento.

Para quem deseja começar a se aventurar no estudo da eletricidade o primeiro passo é dominar alguns conceitos químicos básicos.

Os átomos e suas partes

Os átomos são a unidade básica para tudo que existe no nosso planeta, o que os torna tão relevantes para o estudo da eletrodinâmica. Cada substância tem diferentes átomos, mas, apesar de suas diferenças, todos os átomos são formados por partículas menores chamadas de: prótons, nêutrons e elétrons.

O núcleo do átomo é onde se aglutinam os prótons e os nêutrons. Ao contrário dos anteriores, o elétron apresenta certas diferenças. Elétrons podem ficar presos ao núcleo, de modo que não possam se mover livremente ou podem estar ligados ao núcleo apenas por uma fraca ligação. Estes últimos são o que chamamos de elétrons livres.

Os elétrons livres são os grandes responsáveis pelo transporte das cargas elétricas. Uma vez que sua ligação com o núcleo é pequena eles são facilmente transportados.

Condutores

Condutor é todo material que tem elétrons livres que podem ser conduzidos através da eletrodinâmica. Nesses materiais, os elétrons livres saltam gerando o que é chamado de corrente elétrica. Um bom exemplo de materiais condutores são os metais, que são ricos em elétrons e não se deformam com facilidade. Por isso, são ideais para usos práticos deste efeito, tal como os fios de cobre utilizados nas instalações elétricas que você vê pela cidade.

O ouro também é um ótimo condutor e suporta cargas maiores que o cobre, mas por causa da sua raridade, obviamente não é usado para aplicações comuns da sociedade.

Os elétrons viajam por dentro do condutor a uma grande velocidade e, no processo, esbarram em outros elétrons, bem como no núcleo do condutor. O resultado disso é que os átomos se agitam a uma velocidade maior, gerando calor, e esta é a razão pela qual todos os condutores de eletricidade esquentam.

Chamamos essa propriedade de resistência elétrica, e estudos são conduzidos sobre o assunto visando aproveitar a energia térmica gerada nesse processo.

Supercondutores

Alguns materiais têm a capacidade de oferecer uma  resistência extremamente baixa a passagem de elétrons. Esses são os chamados supercondutores.
Um exemplo prático de supercondutor é a cerâmica. Quando uma cerâmica se encontra em temperatura normal ela não permite a passagem das cargas elétricas, funcionando como um isolante.
Porém, a situação muda conforme a temperatura cai: quanto mais fria estiver a cerâmica mais facilmente os elétrons se propagam, até o ponto em que a cerâmica vira um condutor. A temperatura exata em que esse fenômeno acontece é 196° Celsius negativos.

Isolantes

Estes materiais não tem qualquer concentração de elétrons livres, então eles não funcionam de maneira alguma como condutores. Assim, a eletricidade não se propaga.
Exemplos de materiais Isolantes são: cerâmicas, borracha, plástico, e, ao contrário do que muitos pensam, a água pura (a água das torneiras e água mineral conduz eletricidade por causa dos minerais e outras impurezas presentes em sua composição).

Conceitos importantes:

Carga elementar
Todo elétron tem uma carga (e), cuja unidade é o Coulomb (C), e vale 1,6 . 10-19C.

Carga quantizada
É a quantidade de carga elétrica em um determinado número de elétrons. A equação é bastante simples:
Q = n . e
onde n é o número de elétrons e é carga elementar (1,6 . 10-19 C).


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