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Gostaria de criar uma contextualização do que aconteceu no mundo do eletromagnetismo primeiro.
Claro que existem inúmeros ciêntistas que contribuiram para as leis eletromagnéticas que inconscientemente foram omitidos nessa aula.
Teórico que serão citados nesse artigo foram os que mais contribuiram para a definição da corrente de deslocamento.
1820 – Hans Christian Ørsted/ Faraday
Oersted foi fazer uma demonstração para seus alunos com uma búlssula e um circuito elétrico básico composto por uma bateria, uma chave e um fio condutor.
A medida que Oersted aproximava a búlssula do circuito elétrico, haveria uma variação angular da agulha.
Tal fenômeno, foi motivador a se entender que a variação da corrente elétrica geraria um campo magnético.
1826 – Lei de Ampère
Determinação da relação do campo magnético gerado por uma corrente elétrica de forma algebrica e experimental.
A grande questão é que a corrente elétrica desses experimentos eram contínuas, ou seja elas não variavam em função do tempo.
Seus experimentos não refletia perfeitamente com a realidade, principalmente com o surgimento de sistemas que exigiam frequência alta de oscilação de corrente.
Tais buracos na lei de Ampère foram claramente identificados na parte algebrica que por sua vez fez com que Maxwell aparecesse na jogada!
1864 – James Clerk Maxwell
James Clerk Maxwell foi um físico e matemático escocês do século XIX.
Para muitos, Maxwell é considerado um dos maiores cientistas da história da ciência.
Ele é mais conhecido por suas contribuições fundamentais para a teoria eletromagnética, que unificou as forças elétricas e magnéticas em uma teoria consistente.
As contribuições de Maxwell foram extremamente importantes e têm sido fundamentais para muitos campos da física e engenharia desde então.
E é nesse cara que vamos dar muita atenção nos estudos de eletromagnetismo.
Como eu já havia dito, quando Ampère estava desenvolvendo sua lei, em seus experimentos foram utilizados a corrente contínua, ou seja, uma fonte de corrente elétrica que era constante e portanto não variava em função do tempo.
Ou seja, o fenômeno do campo magnético ser gerado a partir de uma corrente elétrica, criou diversas dúvidas e buracos nas análises algebricas da lei de Ampère até então desenvolvidas.
Eu vou fazer a demonstração matemática nas próximas aulas, mostrando o qual inconsistente se tornava a lei Ampère poderia se tornar em sistemas de alta frequência com fontes de correntes alternadas.
Porém, por agora, peço de coração que apenas aceitem que na lei de Ampère faltava um termo matemático. No qual após muito trabalho de Maxwell, foi introduzido um novo termo para completar a equação de Ampère, que é a corrente de deslocamento.
Na natureza temos dois tipos de correntes elétricas!!! Isso mesmo, temos uma corrente elétrica de condução e uma corrente elétrica de deslocamento. Elas possuem características e fenômenos diferentes, e vou explicar suas diferenças e como calcula-las.
A densidade de corrente de deslocamento é dada por:
\boxed{\vec{j_d} = \dfrac{\partial \vec{d}}{\partial t}}
Porém, foi visto na aula de relações constitutivas que o deslocamento elétrico é dado por:
\boxed{\vec{d} = \epsilon * \vec{e}}
Substituindo a equação do deslocamento elétrico na equação da densidade de corrente de deslocamento podemos chegamos no seguinte:
\vec{j_d} = \dfrac{\partial (\epsilon * \vec{e} )}{\partial t} \to \boxed{ \vec{j_d} = \epsilon * \dfrac{\partial \vec{e} }{\partial t}}
E a densidade de corrente elétrica pode ser dada também por:
j = \dfrac{i}{S}
Onde S é a área da secção em que atravessam as cargas da corrente.
Portanto temos que:
\boxed{\vec{j_d} = \epsilon * \dfrac{\partial \vec{e} }{\partial t} = \dfrac{i}{S}}
A densidade de corrente de condução já foi visto em relações constitutivas, é dado por:
\boxed{\large{\vec{j} = \sigma * \vec{e }}}
Onde:
\sigma \to condutividade elétricae \to campo elétrico
j \to densidade de corrente de condução
Em resumo temos que:
A corrente elétrica é o movimento ordenado de elétrons através de um condutor. Existem dois tipos principais de corrente elétrica: corrente de condução e corrente de deslocamento.
A corrente de condução é o tipo mais comum de corrente elétrica e ocorre quando elétrons livres se movem através de um material condutor, como um fio metálico.
Esse tipo de corrente é gerado quando uma fonte de tensão é aplicada em um circuito elétrico e força os elétrons a se moverem na direção do polo positivo da fonte (Movimento Tradicional).
A corrente de condução é medida em ampères (A) e sua direção é oposta à direção do movimento dos elétrons.
A corrente de deslocamento é um tipo de corrente elétrica teórica que surge em condições específicas, como em meios dielétricos (isolantes) quando um campo elétrico variável é aplicado.
Diferente da corrente de condução, a corrente de deslocamento não é o movimento ordenado de elétrons, mas sim uma medida da densidade de fluxo elétrico em um material isolante.
É medida em unidades de carga elétrica por unidade de tempo e área (C/m²). A corrente de deslocamento é importante para o estudo da teoria eletromagnética e da propagação de ondas eletromagnéticas.
Em resumo, a corrente de condução ocorre quando elétrons livres se movem através de um condutor e é medida em ampères, enquanto a corrente de deslocamento é uma medida da densidade de fluxo elétrico em um material isolante e é medida em unidades de carga elétrica por unidade de tempo e área.