Robson Z. Conti
Pesquisador Senior
Joined: 09 Jan 2012
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Location: Jundiaí
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Posted: Thu Oct 04, 2012 7:22 am Post subject:
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Continuo com a minha tentativa de responder às questões
propostas na postagem http://forum.if.uff.br/viewtopic.php?p=8274#8274 dentro de um mesmo sistema de ideias.
Por que a Lei de Ampère é
como é?
Esta “lei” (que efetivamente é uma
regra obtida de modo totalmente empírico) usa o sentido convencional da
corrente elétrica (do positivo para o negativo), que é contrário ao sentido
real (do negativo para o positivo, pois a corrente elétrica em sólidos é o
movimento ordenado de elétrons, que são negativos e atraídos para o polo
positivo). Ela pode ser enunciada dizendo que “em um condutor no qual
coloquemos o polegar da mão direita apontando o sentido (convencional)
da corrente circulante, o campo magnético daí resultante terá o sentido
apontado pelos demais dedos em torno do referido condutor”.
Pode-se claramente perceber o mesmo formato
e mecanismo até agora apresentado de uma célula de convecção. O condutor
seria o que foi denominado de “região central, em formato
geralmente tubular, que recebe o material que para ela tende em uma
extremidade e o transporta verticalmente de forma relativamente rápida para
a outra extremidade, expelindo-o a seguir”. Só que o que é transportado
neste caso são elétrons e, sendo ela uma célula bi-orientada (ciclônica),
há também a rotação horizontal, que no caso é o campo magnético
rotacionando em torno da região central, conforme foi explanado mais
abaixo, o que torna os fluxos helicoidais.
Se a corrente elétrica é o movimento
ordenado de cargas elétricas (neste caso de elétrons) e, se o sentido de
deslocamento do elétron é que determina a direção do campo, então há algo
no próprio elétron que produz este efeito. Quando há um alinhamento deles,
seus efeitos são somados produzindo uma resultante que amplifica e torna
perceptíveis aos comuns mortais que somos a sua íntima natureza e suas
características, o que acaba tornando a região do condutor o equivalente a
um elétron de dimensões macroscópicas. Desta forma, o fato do sentido de
rotação do campo magnético ser sempre o mesmo e dependente do sentido de
deslocamento dos elétrons é claro indicador e decorrente do fato dos
elétrons livres sempre rotacionarem em idêntico sentido.
Para ser obtido o sentido de rotação do
campo magnético usando o sentido real (ou eletrônico) de circulação
da corrente elétrica, que é do negativo para o positivo, basta usar a mão
esquerda* com o polegar apontando o sentido (real) da corrente elétrica que
os demais dedos, em torno condutor, indicarão o sentido de rotação do campo
magnético (que é o mesmo quando se usa a regra da mão direita, mostrada no
endereço abaixo, para o sentido convencional da corrente, pois o sentido de
rotação do campo magnético é um dado e não uma variável).
http://n.i.uol.com.br/licaodecasa/ensmedio/fisica/ampere-01.jpg
*Não confundir com a regra da mão
esquerda de Faraday, que trata de outro assunto.
Outro detalhe a ser considerado é que, também
conforme convenção, as linhas de força entram pelo polo sul
(correspondente ao polo positivo da fonte de alimentação) , como se fosse
na extremidade de entrada da região central da célula de convecção,
e saem pelo polo Norte (correspondente ao polo negativo do circuito),
retornando por fora, no que chamei de “região externa ou de retorno,
em que o material espalhado pela extremidade de alta pressão retorna até a
região em confluência, de onde será novamente levado à extremidade de baixa
pressão da região central, em geral a fonte de energia do sistema,
em que novamente é impulsionado de forma a manter o ciclo”, na postagem
http://forum.if.uff.br/viewtopic.php?p=8521#8521, no que se constituiria no campo elétrico em torno do
condutor, conforme explicado com maiores detalhes mais abaixo.
Como tudo no universo está em rotação e
o próprio elétron tem movimento angular, o sentido de rotação do campo
magnético em torno de condutores de corrente elétrica é determinado pelo
sentido de rotação dos elétrons, os quais se comportam como ondas helicoidais
se deslocando nos condutores.
[]s
PS: [1] Já que faz muitas décadas que
determinaram o sentido da corrente elétrica em condutores muito me estranha
a literatura e as regras encontradas para “esclarecimento” usarem o sentido
contrário, décadas depois de termos resolvido este detalhe de forma
aparentemente definitiva.
[2] O texto a seguir detalha um
pouco mais a maneira como vejo a circulação da corrente elétrica. Optei por
coloca-lo no fim da postagem para que a Lei de Ampere pudesse ser tratada
de forma menos extensa e para servir de introdução ao próximo assunto, que
trata da Lei de Lenz.
De modo a investigar um pouco mais a
circulação da corrente elétrica e os campos que passam a existir nesta
situação, necessitaríamos de uma fonte de alimentação em corrente contínua
(ou uma bateria), de forma a termos muitas cargas negativas em um polo e
poucas no outro, bem como de elétrons livres ou facilmente removíveis de
seus átomos no condutor. Uma vez satisfeitas estas condições, e antes mesmo
de serem conectados os condutores à carga para dar inicio à circulação de
corrente elétrica, ou seja, ainda sem termos fluxo de elétrons, vamos
analisar a periferia do condutor para ver se houve alguma alteração.
Assim que um condutor é conectado ao
polo de uma fonte de alimentação energizada, imediatamente este condutor se
torna também energizado, ou seja, ele passa a possuir o mesmo potencial
elétrico que o polo ao qual foi conectado e, mesmo que não haja a passagem
de corrente, qualquer ponto dele já pode produzir praticamente todos os
efeitos elétricos que a fonte pode, mesmo estando fisicamente distante
dela. Mas como isto pode ocorrer?
Isto acontece porque, quando conectamos
o condutor ao polo nós produzimos uma grande alteração, pois os seus
elétrons livres foram deixados em contato com um lugar com excesso de
elétrons (se este lugar for o polo negativo da fonte de alimentação) ou com
falta de elétrons (se o lugar for o polo positivo). Como os elétrons têm
fobia de lugares cheios de mais elétrons, ao serem conectados a um lugar
cheio deles, eles já antecipadamente passam a ter a “tendência” de fugir de
lá. E se forem conectados a um lugar com falta deles, os elétrons já passam
a ter a “tendência” de se dirigirem para lá. É evidente que elétrons não
têm vontade própria e a “tendência” acima descrita é em decorrência de sua
carga elétrica, ou seja, da polaridade das partículas que estão sobrando ou
faltando em determinada região.
Mesmo ainda não havendo fluxo de
elétrons, a diferença de potencial elétrico aplicada aos condutores já leva
à existência de um campo elétrico próximo a eles. Pelo “modelo elétrico
padrão” eu não faço a menor ideia de como este processo se daria em termos
fundamentais. Pois a simples conexão de um condutor ao polo de uma fonte já
o dota de campo elétrico, o que não é mais sujeito a investigação pois, “na
física moderna, as entidades essenciais são os campos”, conforme bem
definiu o Marcelo Gleiser no artigo... http://www1.folha.uol.com.br/fsp/saudeciencia/53306-encontrado-o-boson-de-deus.shtml ... de modo que os campos não são explicados a não ser com
definições que em última instância vejo como circulares, mais parecidas com
um “porque é assim” do que com uma explicação com detalhamento de relações
de causa e efeito bem definidas, ainda que por suposição.
Como um campo elétrico é em geral
definido como uma região do espaço sujeita à influência de cargas elétricas,
então a influência da presença do elétron está estabelecida mas não
explicada. Pois já haviam elétrons no cabo e não havia campo elétrico com
capacidade de produzir efeitos significativos nas proximidades dele (a não
ser impedir a penetração de um corpo pelo outro) e a simples equalização do
potencial elétrico daquele condutor com o terminal de uma fonte não
explicaria esta capacidade que o condutor passou a dispor de produzir
efeitos à distância, sem contato físico e sem algo que fosse interveniente
entre o condutor e um objeto próximo a ele (em sistemas de extra-alta
tensão ocorrem até mesmo descargas elétricas entre pontos próximos do mesmo
condutor com pequenas irregularidades construtivas e corremos sério risco
de ter experiências eletrizantes, quando não carbonizantes, mesmo a vários
metros de distância).
Estando a explicação fundamentalmente
satisfatória até este ponto, fica em aberto a questão do que forneceria ao
condutor, antes mesmo dele ser conectado ao terminal da fonte, condição de produzir
campo elétrico, o qual, como acima alertado, se for proveniente de tensões
muito elevadas, pode causar graves acidentes com pessoal ou estruturas
relativamente bem distanciadas dos referidos condutores. Já se analisarmos
a mesma situação pelo modelo que considera que as linhas de força dos
campos seriam o fluxo de partículas subatômicas elementares (préons)
pertencentes a células de convecção naturalmente formadas pela tentativa
também natural de equalizar a energia em dada região do espaço que passou a
ser perturbada pela introdução de um desequilíbrio, há uma facilidade bem
maior de descrever as causas, os processos e os efeitos observados de
maneira coerente (e sem usar o termo “tendência” nenhuma vez). Vejamos
então como isto se passaria.
Ao conectar uma das extremidades de um
condutor a um dos terminais de uma fonte de alimentação (ou a um dos polos
de uma pilha), passa a ocorrer o deslocamento de elétrons entre este
terminal e a outra extremidade do condutor (na verdade há apenas uma pequena
movimentação deles, chamada de eletromigração). Esta seria uma operação de
estabelecimento do campo elétrico, que considero na forma e mecanismo
operacional de uma célula de convecção do tipo mais simples, com a
finalidade de equalizar o potencial elétrico entre as duas extremidades do
condutor (o condutor seria o que foi denominado como região central
da célula).[Para melhor apreensão da denominação que está sendo usada para
as regiões das células de convecção, ver a postagem http://forum.if.uff.br/viewtopic.php?p=8521#8521 - figura no http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/08/Convection.gif]
Além da região central, todas as demais
regiões da célula de convecção, seriam formadas por fluxos de préons, os
quais seriam os responsáveis por dotar o condutor das mesmas propriedades
elétricas existentes nos terminais da fonte de alimentação e, no seu
conjunto, esta célula seria o campo elétrico do condutor, no qual o
terminal negativo faria às vezes da “base” da célula e o terminal positivo
o “topo”. Nesta situação, o fluxo de préons do que foi denominado como região
de retorno da célula é que se projetará para fora do condutor e o
dotará da condição de produzir efeitos à distância que se observa nestes
casos.
Terá sido formada já uma célula de
convecção, pois já existe a região central e também as demais regiões, mas
uma célula extremamente fraca, pois a corrente é “de fuga”, ou seja, muito
pequena para aquele sistema. Um detalhe interessante é que, se alguém
conectar um condutor ao outro terminal da fonte, este condutor passará a
apresentar também campo elétrico, invertido em relação ao condutor que foi
ligado ao primeiro terminal. Se colocarmos as extremidades de dois
condutores cada vez mais próximas, passará a existir uma corrente,
extremamente diminuta e variável, como a corrente de carga de um capacitor,
mas cada vez maior, até que, mesmo sem encostar um condutor no outro,
haverá a formação de um arco voltaico entre as extremidades.
O aumento desta corrente de acordo com
a proximidade é decorrente da interação entre os campos elétricos e pode
ser produzido também pelo aumento da tensão elétrica fornecida pela fonte.
Mesmo o arco voltaico nada mais será do que uma região central de
outra célula de convecção tentando produzir equilíbrio entre regiões com
diferença de potencial (que neste modelo seria a pressão de partículas subatômicas
elementares) maior que o que aquela camada pode suportar. Este efeito pode
ser explicado pela interação dos fluxos de partículas elementares (préons)
produzidas tanto pela maior proximidade quanto pelo aumento da tensão
elétrica (com correspondente aumento do campo elétrico).
Fazendo um parênteses, isto também
explicaria o motivo de condutores paralelos percorridos por correntes
elétricas no mesmo sentido se atraírem (concordância no sentido
longitudinal de fluxos de préons da região externa da célula de
convecção aumentaria a velocidade e diminuiria a pressão, como no efeito
Venturi), ou se repelirem quando as correntes forem em sentidos opostos
(oposição de sentido de fluxos longitudinais da região externa da
célula).
Vamos agora colocar uma carga neste
circuito elétrico e ver o que se passa. Assim que os dois condutores,
previamente conectados aos polos positivo e negativo da fonte de
alimentação, forem conectados a um dispositivo qualquer (resistivo para ser
mais simples) passa a fluir a corrente elétrica através do circuito como um
todo e passaremos a observar novos e eletrizantes fenômenos, pois em torno
do condutor passará a existir também um campo magnético rotativo cujo
sentido de rotação acabamos de ver quando tratamos da lei de Ampere.
Se já havia uma célula de convecção que
era o próprio campo elétrico (com apenas um lóbulo e fluxos apenas
verticais), nós passaremos a ter agora uma célula de convecção bi-orientada
(ainda com apenas um lóbulo), com fluxos na vertical e na horizontal, pois
em torno do condutor passaremos a ter um vórtice de partículas elementares
(préons), cujo sentido de rotação é determinado por regras mnemônicas com o
uso da mão direita (para o sentido convencional da corrente elétrica) ou
esquerda (para o sentido real). Se compararmos o campo eletromagnético
acima com a descrição de uma célula de convecção ciclônica (bi-orientada),
referida abaixo como um furacão, poderemos verificar uma perfeita
identidade, pois a descrição que se pode fazer de um furacão corresponde à
descrição dos campos elétrico e magnético dos sistemas elétricos.
Os fluxos de ar de um
furacão são compostos de linhas helicoidais de fluxo saindo da base do
furacão e indo direto para o topo do mesmo por dentro do olho do furacão e
linhas helicoidais longas retornando à sua base por todo o entorno do
mesmo, além de fluxos de ar rotacionando em torno do olho do furacão.
Neste caso ainda resta explicar o
motivo das partículas que formam as linhas de força do campo magnético
passarem a girar com o início da passagem da corrente elétrica. Nos
furacões e outras células ciclônicas, a rotação horizontal é devido a se
confrontarem fluxos de fluidos em sentidos contrários que, ao se
encontrarem e não poderem ocupar o mesmo lugar no espaço, passam a girar em
torno da região em que se ocorreu o encontro, que é o que produz a célula
ciclônica. Já em um circuito elétrico, principalmente se for de corrente
contínua, há apenas um fluxo de equalização entre pontos dotados de
diferentes concentrações de cargas elétricas e, a princípio, não
aparentaria haver motivo para o giro. Só que, se mais uma vez não nos
esquecermos de que nada neste universo se desloca efetivamente em linha
reta e, principalmente, que os fluxos de partículas emitidos pela pilha
elétrica saem de lá girando em alta velocidade, pois são produto de células
ciclônicas (elétrons) e sairiam delas como o ar sai de um ventilador,
girando, o que nos permite estabelecer uma relação direta de causa e
efeito. Além disto, o terminal da pilha ou o polo da fonte que recebe as
partículas também o faz através de um poderoso vórtice (são elétrons,
giram). Levados em conta estes detalhes, seria um milagre se o campo
magnético não girasse.
Este conjunto de detalhes e de
concordâncias me leva, pessoalmente, a considerar que mesmo estando sujeito
ao humano risco de enganar-me, este modelo aparenta-me ser muito coerente
com as nossas observações.
[3]Apenas para conhecimento, a
definição da unidade de corrente elétrica no SI afirma que “O ampère é a
intensidade de uma corrente elétrica constante que, mantida em dois
condutores paralelos, retilíneos, de comprimento infinito, de seção
circular desprezível, e situados à distância de 1 metro entre si, no vácuo,
produz entre estes condutores uma força igual a 2 x 10-7 newton
por metro de comprimento”.
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O mundo é simples, é tudo igual, é tudo
célula de convecção.
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