Carga Elétrica e Campo Elétrico Prof. Hebert Monteiro

Carga Elétrica No ano 600 a.C os gregos descobriram que atritando dois materiais, no caso o âmbar e lã, o âmbar adquiria a propriedade de atrair objetos. Hoje podemos afirmar que o âmbar adquiria uma carga elétrica e se tornava carregado. Uma experiência muito conhecida para estudarmos a carga elétrica e o fenômeno da eletrostática é a utilização de bastões de plástico e um pedaço de peliça, que quando atritados adquirem características específicas que podem ser verificadas na próxima ilustração.

Estruturas e propriedades elétricas dos átomos

Partículas elementares do átomo: Prótons – Carga Positiva – M = 1,673 x 10-27 Kg Nêutrons – Sem Carga – M = 1,673 x 10-27 Kg Elétrons – Carga Negativa – M = 9,109 x 10-31 Kg Nº Prótons = Nº Elétrons Átomo eletricamente Neutro Nº Prótons > Nº Elétrons Átomo eletricamente Positivo (íon positivo) Nº Prótons < Nº Elétrons Átomo eletricamente Negativo (íon negativo) A quantidade de prótons existentes no núcleo do átomo determinam o seu número atômico, chamado de Z Os elétrons se mantén na eletrosfera do átomo pela força de atração entre o núcleo positivo e a eletrosfera negativa.

Quantização das Cargas A matéria é constituida por átomos que são eletricamente neutros. Cada átomo tem um pequeno núcleo, constituido por prótons e neutrons. Os prótons tem carga elétrica positiva e os neutros não tem carga. O número de prótons do núcleo corresponde ao número atômico Z. Em volta do núclo há um número de elétrons que em condições normais é igual a Z, cada um deles com sua carga negativa de mesmo valor que a do próton, de modo que em condições normais a carga elétrica do átomo é nula. A carga elétrica do próton é +e e a carga elétrica do elétron é –e (sendo e a unidade fundamental de carga elétrica). A carga então pode ser quantizada. Qualquer carga elétrica Q que se observa na natureza pode ser então escrita na forma: Q = Carga N = Número de Elementos e = Carga Elementar

Exercício Pelo simples atrito de dois corpos é possível conseguir, no laboratório, carga de 50 nC. Quantos elétrons devem ser transferidos de um corpo para outro para se ter essa carga?

Condutores e Isolantes Em alguns materiais encontrados na natureza, como cobre, ouro, ferro, etc, alguns elétrons de seus átomos podem se deslocar livremente. Esses materiais são chamados de Condutores. Já outros materiais como madeira, plástico, vidro, etc, os elétrons são tão fortemente ligados ao átomo que não podem se deslocar com liberdade. São os materiais chamados de Isolantes. A condutividade ou a propriedade isolante depende da natureza química dos materiais, mais especificamente de seus átomos, que possuem ou não uma grande quantidade de elétrons, podendo, ter um ou mais elétrons livres para se deslocar pelos átomos.

Carga por indução Podemos carregar uma esfera metálica um bastão de plástico eletricamente carregado.

Exercícios Duas esferas condutoras idênticas, uma com a carga inicial Q e a outra descarregada, são postas em contato. a) Qual a carga de cada esfera? b) Com as esferas em contato, um bastão negativamente carregado é aproximado de uma delas, que fica então com a carga 2Q. Qual é a carga na outra esfera? Duas esferas idênticas são carregadas por indução e depois separadas. A esfera 1 tem a carga Q e a 2 a carga –Q. Uma terceira esfera, idêntica as duas primeiras, está inicialmente descarregada. Se a esfera 3 encostar na esfera 1 e depois for separada e encostar a esfera 2 e for separada, qual a carga residual em cada esfera?

Forças Elétricas sobre objetos descarregados Notamos que um corpo eletricamente carregado pode exercer força até mesmo sobre objetos descarregados. O pente de plástico, carregado negativamente, produz um ligeiro deslocamento das cargas das moléculas no interior do isolante neutro, um efeito chamado polarização. Quem estudou primeiramente a força entre as partículas carregadas foi Charles Coulomb.

Lei de Coulomb O módulo da força elétrica entre duas cargas puntiformes é diretamente proporcional ao produto das cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre elas. A força está direcionada sobre a reta que passa pelas duas cargas. Em termos matemáticos, dizemos que, quando duas cargas q1 e q2 estão separadas por uma distância r, o módulo F da força que qualquer uma das cargas exerce sobre a outra pode ser expresso pela relação: K = 8,99 x 109 N.m2/C2

Interações entre cargas puntiformes

Exercícios Num átomo de hidrogênio, a separação média entre o elétron e o próton é cerca de 5,3 . 10-11m. Calcular o módulo da força eletrostática de atração do próton sobre o elétron.

2) Três cargas puntiformes estão sobre o eixo dos “x” 2) Três cargas puntiformes estão sobre o eixo dos “x”. A carga q1 = 25nC está na origem, q2 = -10nC está em x = 2m e q0 = 20nC está em x = 3,5m. Calcular a força resultante em q0, provocada por q1 e q2.