Introdução Cargas elétricas e Lei de Coulomb

Capítulo/Semana 1 – Cargas elétricas e Lei de Coulomb

A matéria é composta por prótons, de carga elétrica positiva (+e), elétrons, de carga elétrica negativa (-e) e nêutrons, que não possuem carga elétrica (0). A carga elétrica é uma propriedade intrínseca das partículas fundamentais de que é feita a matéria. A massa dos prótons (p), elétrons (e) e nêutrons (n) são 1,673 x 10-27 kg, 9,109 x 10-31 kg e 1,675 x 10-27 kg, respectivamente. As cargas de um próton e um elétron isolados têm o mesmo valor absoluto e sinais opostos:

|qp| = |qe| = e = 1,6 x 10-19 C

Um corpo é considerado neutro (QT = 0) quando o número de prótons é igual ao número de elétrons (Np = Ne), de maneira que a soma total das cargas do corpo é igual a zero. Já um corpo eletrizado (QT ≠ 0) apresenta um número inteiro de cargas elementares de modo que o número de prótons é diferente do número de elétrons.

As cargas elétricas não são criadas, mas transferidas de um corpo para outro. A soma algébrica das cargas elétricas existentes em um sistema eletricamente isolado é constante (não há troca de cargas com o exterior). Além disso, cargas semelhantes se repelem e cargas opostas atraem-se.

CONDUTORES, ISOLANTES E SEMICONDUTORES

Condutores: cargas elétricas movem-se livremente com facilidade através do material. Exemplos: metais, grafite e gases ionizados.

Isolantes (dielétricos): oferecem grande resistência ao fluxo de cargas. Assim, possuem um menor número de elétrons livres. Exemplos: ar, vidro, borracha.

Semicondutores: categoria intermediária entre metais e não metais. Exemplos: SI e GE dopados.

PROCESSOS DE ELETRIZAÇÃO

Atrito: no final do processo de atrito, os dois corpos de materiais diferentes encontram-se eletrizados com quantidade de cargas iguais e sinais contrários, o que faz com que ocorra uma atração entre eles.

Contato: envolve corpos carregados onde ocorre uma redistribuição de cargas elétricas pela superfície externa dos corpos. A proporção de cargas elétricas existente no final em cada condutor depende da forma, das dimensões e do meio que os envolvem.

Indução: envolve a separação ou distribuição de cargas em um condutor.

UNIDADE DE CARGA ELÉTRICA

No Sistema Internacional (SI) a unidade de medida de carga elétrica é o Coulomb (C), que é a quantidade de carga elétrica que atravessam em um segundo a secção transversal de um condutor percorrido por uma corrente contínua de intensidade igual a um Ampere:

1 C = 6 x 1018 elétrons; e = 1,6 x 10-19 C

Em um segundo passam pela secção reta de um condutor 6 x 1018 elétrons se i = 1A

LEI DE COULOMB

Fe =

onde:

Fe = força eletrostática

Q1 = carga do corpo 1

Q2 = carga do corpo 2