FISICA III

Introdução

Neste texto vamos aprender sobre vários assuntos referentes à eletricidade, com ênfase em carga elétrica, campo elétrico, Lei de Coulomb e Lei de Ohm.

Com o intuito de simplificar a exposição dos tópicos abordados, procurou-se, através de uma linguagem simples, clara e direta, expor o conteúdo de forma sucinta e objetiva. Em todos os tópicos, são apresentadas textos para auxiliar na compreensão do conteúdo teórico propostos. Para complementar a teoria e auxiliar na fixação do conteúdo apresentado,

são propostos ao final dos tópicos abordados uma conclusão dos fatores citados.

Cargas Elétricas

A carga elétrica é uma propriedade intrínseca das partículas fundamentais de que é feita a matéria; Em outras palavras, é uma propriedade associada a própria existência destas partículas.

A grande quantidade de cargas que existem em qualquer objeto geralmente não pode ser observada porque os objetos contem quantidades iguais de dois tipos de cargas: Cargas Positivas e Cargas Negativas. Quando existe esta igualdade de cargas, dizemos que o objeto e eletricamente neutro, ou seja, sua carga total e zero. Quando as quantidades dos dois tipos de cargas contidas em um corpo são diferentes, a carga é diferente de zero e dizemos que o objeto está eletricamente carregado. A diferença entre a quantidade dos dois tipos de carga e sempre muito menor do que as quantidades de cargas positivas e de cargas negativas contidas no objeto.

Os objetos eletricamente carregados interagem exercendo forças uns sobre os outros. Para mostrar que isto é verdade, podemos carregar um bastão de vidro friccionando uma das extremidades com um pedaço de seda. Nos pontos de contato entre o bastão e a seda, pequenas quantidades de cargas são transferidas de um material para o outro, quebrando a neutralidade elétrica de ambos.

Suponha que agora o bastão carregado seja suspenso por um fio para isola-lo eletricamente dos outros objetos, o que impede de sua carga elétrica mude. Quando aproximamos do bastão um segundo bastão eletricamente carregado, os dois bastões sofrem um repulsão, ou seja, cada bastão e submetido a uma força que tende afasta-lo do outro bastão. Por outro lado, quando friccionamos um bastão de plástico com um pedaço de lã e o aproximamos do bastao de vidro suspenso cada um é submetido a uma força de atração, ou seja, cada um é submetido a uma força que tende aproxima-lo do outro bastão podemos compreender estas duas demonstrações em termos de cargas positivas e negativas. Quando um bastao de vidro é friccionado com um pedaço de seda, o vidro perde uma pequena parte de suas cargas negativas e portanto fica com uma pequena quantidade de carga positivas não compensadas. Quando o bastão de plástico e friccionado com um pedaço de lã, o plástico adquire uma pequena quantidade de cargas negativas não compensadas. As duas demonstrações revelam o seguinte: cargas de mesmo sinal se repelem e cargas de sinais opostos se atraem.

Vamos expressar essas regras em termos matemáticos, na chamada lei de Coulomb das forças eletrostática entre duas cargas. O termo eletrostático é usado para chamar atenção para o fato de que a força a que se refere à lei de Coulomb é a força que existe entre duas cargas mesmo que o movimento relativo entre elas seja nulo.

Os termos positivos e negativos para os dois tipos de cargas foram escolhidos arbitrariamente por Benjamin Franklin. Ele poderia muito bem ter feito à escolha inversa ou usado outra palavra com significado oposto para designar os dois tipos de eletricidade. Acredita-se que os triunfos diplomáticos na França, durante a guerra da independência dos Estados Unidos, tenham sido facilitados, ou mesmo tornado possíveis, pela reputação de Franklin no campo da ciência.

A atração e a repulsão entre corpos eletricamente carregados têm muitas aplicações industriais, como a pintura eletrostática, o recolhimento de cinzas volantes em chaminés e a xerografia mostra uma partícula de plástico usada em copiadoras, coberta por partículas ainda menores de um pó preto conhecido como toner que são atraídas para a partícula de plástico por força eletrostática. As partículas de toner, negativamente carregadas, são transferidas da partícula de plástico para um tambor rotativo, onde existe uma imagem positivamente carregada do documento a ser copiado. Uma folha de papel eletricamente carregado então atrai para si as partículas de toner, que são fixada permanentemente no papel por aquecimento para produzir uma copia.

Condutores e Isolantes

Os metais, em geral, são bons condutores de eletricidade, pois apresentam os chamados elétrons livres, que são os elétrons que se encontram mais afastados do núcleo e libertam-se facilmente das últimas camadas do átomo, movimentando-se livremente pelo material e facilitando o movimento de cargas elétricas. Os materiais capazes de conduzir a eletricidade são chamados condutores. Isolantes de eletricidade ou dielétricos são os materiais que apresentam os elétrons fortemente ligados ao núcleo do átomo, dificultando o movimento de cargas elétricas. Como exemplos, temos a borracha, o vidro e a mica. Dicionário Dielétrico: é a substância que não conduz ou conduz muito mal a corrente elétrica; isolador de eletricidade.

Lei de Coulomb

Esta lei, formulada por Charles Augustin Coulomb, refere-se às forças de interação (atração e repulsão) entre duas cargas elétricas puntiformes, ou seja, com dimensão e massa desprezível.

Lembrando que, pelo princípio de atração e repulsão, cargas com sinais opostos são atraídas e com sinais iguais são repelidas, mas estas forças de interação têm intensidade igual, independente do sentido para onde o vetor que as descreve aponta.

O que a Lei de Coulomb enuncia é que a intensidade da força elétrica de interação entre cargas puntiformes é diretamente proporcional ao produto dos módulos de cada carga e inversamente proporcional ao quadrado da distância que as separa. Ou seja:

Onde a equação pode ser expressa por uma igualdade se considerar uma constante k, que depende do meio onde as cargas são encontradas. O valor mais usual de k é considerado quando esta interação acontece no vácuo, e seu valor é igual a:

Então