Lei de Coulomb

Carga elétrica (AO 1945: carga eléctrica) é uma propriedade física fundamental que determina as interações eletromagnéticas. Esta carga está armazenada em grande quantidade nos corpos ao nosso redor, mas a percepção dela não ocorre facilmente. Convenciona-se a existência de dois tipos de carga, a positiva e a negativa, que, em equilíbrio, são imperceptíveis. Quando há tal igualdade ou equilíbrio de cargas num corpo, diz-se que está eletricamente neutro, ou seja, está sem nenhuma carga líquida para interagir com outros corpos. Um corpo está carregado eletricamente quando possui uma pequena quantidade de carga desequilibrada ou carga líquida. Objetos carregados eletricamente interagem exercendo forças, de atração ou repulsão, uns sobre os outros. A unidade de medida da grandeza carga elétrica no Sistema Internacional de Unidades é o coulomb, representado por C, que recebeu este nome em homenagem ao físico francês Charles Augustin de Coulomb.1

Entre partículas elétricas existem forças gravitacionais de atração devido às suas massas e forças elétricas devido às suas cargas elétricas. Nesse caso, as forças gravitacionais podem ser desprezadas, visto que a massa de uma partícula é ínfima. A força gravitacional só é perceptível quando há a interação entre corpo de massas de grandes proporções, como a terra e a lua, por exemplo.

As partículas elementares são o próton (protão), o elétron (electrão), o nêutron (neutrão) e o fóton (fotão). Os prótons e os elétrons possuem cargas elétricas iguais em módulo, enquanto que os nêutrons e os fótons são eletricamente neutros. Por mera convenção define-se que os prótons possuem uma carga elétrica elementar de uma unidade positiva, representada por +e, e também que os elétrons têm uma carga elétrica negativa, expressa por -e.

Quantização da carga. Nas colisões entre partículas a altas energias são produzidas muitas outras novas partículas, diferentes dos eletrões, protões e neutrões. Todas as partículas observadas têm sempre uma carga que é um múltiplo inteiro da carga elementar e = 1.602 \times 10^{-19} Assim, a carga de qualquer objeto é sempre um múltiplo inteiro da carga elementar.

Nas experiências de eletrostática, as cargas produzidas são normalmente equivalentes a um número muito elevado de cargas elementares. Por tanto, nesse caso é uma boa aproximação admitir que a carga varia continuamente e não de forma discreta.

Conservação da carga'. Em qualquer processo, a carga total inicial é igual à carga final. No caso dos fenómenos em que existe transferência de eletrões entre os átomos, isso é claro que tenha que ser assim. No caso da criação de novas partículas não teria que ser assim, mas de facto em todos os processos observados nos raios cósmicos, e nos aceleradores de partículas, existe sempre conservação da carga; se uma nova partícula for criada, com carga negativa, será criada uma outra partícula com carga positiva.

Índice [esconder]

1 Lei de Coulomb

2 Força entre cargas

3 Campo elétrico

4 Carga por indução

5 Referências

6 Ver também

Lei de Coulomb[editar | editar código-fonte]

Ver artigo principal: Lei de Coulomb

Essa lei estabelece que "a força de atração ou repulsão entre dois corpos carregados é diretamente proporcional ao produto de suas cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância".2 Pela lei de Coulomb, duas cargas elétricas pontuais de 1 coulomb separadas de um metro exercem uma sobre a outra uma força de 9 × 109 N, isto é, aproximadamente o peso de 900 000 toneladas. O coulomb é, portanto, uma unidade de ordem de grandeza elevada para exprimir quantidades de cargas estáticas e utilizam-se geralmente seus sub-múltiplos microcoulomb (μC) ou nanocoulomb (nC).

Outras unidades de medida de carga elétrica, usadas em situações especiais, são:

Carga elementar (e);

Ampère-hora (Ah);

Abcoulomb (AbC);

Statcoulomb (StC).

Força entre cargas[editar | editar código-fonte]

No século XVIII Benjamin Franklin descobriu que as cargas elétricas colocadas na superfície de um objeto metálico podem produzir forças elétricas elevadas nos corpos no exterior do objeto, mas não produzem nenhuma força nos corpos colocados no interior.

Duas cargas pontuais, separadas por uma distância r.

No século anterior Isaac Newton já tinha demonstrado de forma analítica que a força gravítica produzida por uma casca oca é nula no seu interior. Esse resultado é consequência da forma como a força gravítica entre partículas diminui em função do quadrado da distância.

Concluiu então Franklin que a força elétrica entre partículas com carga deveria ser também proporcional ao inverso do quadrado da distância entre as partículas. No entanto, uma diferença importante entre as forças elétrica e gravítica é que a força gravítica é sempre atrativa, enquanto que a força elétrica pode ser atrativa ou repulsiva:

A força elétrica entre duas cargas com o mesmo sinal é repulsiva.

A força elétrica entre duas cargas com sinais opostos é atrativa.

Vários anos após o trabalho de Franklin, Charles de Coulomb fez experiências para estudar com precisão o módulo da força eletrostática entre duas cargas pontuais.

Uma carga pontual é uma distribuição de cargas numa pequena região do espaço.

A lei de Coulomb estabelece que o módulo da força elétrica entre duas cargas pontuais é diretamente proporcional ao valor absoluto de cada uma das cargas, e inversamente proporcional à distância ao quadrado

F = \frac{k|q_1||q_2|}{K\;r^2}

onde r é a distância entre as cargas, q_1 e q_2 são as cargas das duas partículas, k é uma constante de proporcionalidade designada de constante de Coulomb, e K é a constante dielétrica do meio que existir entre as duas cargas. A constante dielétrica do vácuo é exatamente igual a 1, e a constante do ar é muito próxima desse valor; assim, se entre