As luzes acendem-se muito rapidamente quando eu carrego no interruptor. A que velocidade flui a electricidade num fio?
Novembro 2001
Para responder a esta pergunta, precisamos de olhar para a própria matéria a um nível mais básico. A matéria é constituída por pequenas unidades chamadas átomos. A este nível atómico, a matéria possui duas características básicas. A matéria tem massa e pode ter uma carga eléctrica, seja positiva, negativa, ou pode ser neutra, sem carga. Cada átomo contém três tipos de partículas com características diferentes; prótons positivos, neutrões, e electrões negativos.
Corrente eléctrica (electricidade) é um fluxo ou movimento de carga eléctrica. A electricidade que é conduzida através de fios de cobre em sua casa consiste no movimento de electrões. Os prótons e os neutrões dos átomos de cobre não se movem. A progressão real dos electrões individuais numa dada direcção através do fio é bastante lenta. Os electrões têm de percorrer os milhares de milhões de átomos do fio, o que leva muito tempo. No caso de um fio de cobre de calibre 12 transportando 10 amperes de corrente (típico da cablagem doméstica), os electrões individuais movem-se apenas cerca de 0,02 cm por segundo ou 1,2 polegadas por minuto (na ciência chama-se a isto a velocidade de deriva dos electrões). Se esta é a situação na natureza, porque é que as luzes se acendem tão rapidamente? A esta velocidade, os electrões levariam horas para chegar às luzes.
Os átomos são muito pequenos, com menos de um bilionésimo de metro de diâmetro. O fio está “cheio” de átomos e electrões livres e os electrões movem-se entre os átomos. Num típico fio de cobre haveria triliões de electrões a passar por qualquer ponto do fio a cada segundo, mas eles estariam a passar muito lentamente esse ponto. Pense no fio em comparação com um tubo cheio de berlindes. Se empurrarmos outro mármore para um cano cheio, então um mármore teria de sair pela outra extremidade. Os electrões são assim num fio de arame. Se um se mexer, todos eles têm de se mexer. Assim, quando se liga um interruptor, uma diferença de potencial eléctrico (criada por um gerador) causa imediatamente uma força que tenta mover os electrões. Se se fizer um electrão mexer quando se liga um interruptor, os electrões movem-se ao longo do fio, mesmo que o fio tenha quilómetros de comprimento. Portanto, quando se liga um interruptor, os electrões na luz começam a mover-se “instantaneamente” no que nos diz respeito, ou seja, algo começa a acontecer em todo o sistema eléctrico. Embora os electrões estejam realmente a mover-se lentamente através do fio, dizemos que a velocidade da electricidade está próxima da velocidade da luz (extremamente rápida). O que realmente queremos dizer é que os efeitos da electricidade ocorrem “instantaneamente”. A luz acende-se no instante em que se liga um interruptor. Não é preciso esperar que os electrões fluam do interruptor para a luz.