Carga elétrica – O que é? Princípio de atração e repulsão e Efeito Casimir

A carga elétrica é uma importante propriedade física da matéria. Para entendermos algumas de suas características, é preciso dividir a matéria em pedaços cada vez menores até encontramos o átomo com um diâmetro de, aproximadamente, 10-10m.

Ao longo da história da ciência, foram propostos vários modelos para o átomo, entretanto, podemos nos concentrar no modelo apresentado por Rutherford, em 1911, como mostra a figura ao lado.

[LEIA TAMBÉM: MODELO ATÔMICO DE BOHR]

Carga elétrica

Esse átomo é formado por um núcleo no qual se encontram agrupados os prótons e os nêutrons. Girando em torno do núcleo em órbitas circunferências ou elípticas, estão os elétrons. O átomo é eletricamente neutro, por possuir prótons e elétrons em quantidades iguais.

O corpo com excesso de elétrons apresenta quantidade de carga elétrica negativa, ou seja, está negativamente eletrizado. Já aquele com falta de elétrons apresenta quantidade de carga elétrica positiva (pois nele passa a predominar a carga positiva dos prótons), ou seja, está eletrizado positivamente.

A unidade de carga é o coulomb, abreviado pela letra maiúscula C., em homenagem ao físico francês Charles Augustin de Coulomb.

Carga elétrica

Carga elétrica elementar

A carga elétrica de um elétron é igual, em módulo, à do próton. Os valores dessas cargas expressas em coulomb são:

Carga elétrica

O módulo dessas cargas costuma ser denominado carga elétrica elementar (e), valendo, portanto:

Carga elétrica

Como um corpo eletrizado está sempre com excesso ou falta de um certo número n de elétrons, o módulo de sua carga Q é múltiplo inteiro da carga elementar, ou seja:

Carga elétricaObserve que a carga elétrica não existe em quantidades contínuas, sendo sempre múltipla da carga elementar e. Dizemos que a carga elétrica é quantizada.

A carga de um coulomb (1C) é muito grande, portanto, é comum o emprego de submúltiplos:

Carga elétrica

Exemplos

Escreva a carga elétrica usando os submúltiplos.

(a) Q = 0,000002 C

Basta mover a virgula para a direita seis casas. Portanto, Q = 2 x10-6 = 2μC.

(b) Q = 0,003×10-6 C

Basta mover a virgula para a direita três casas. Portanto, Q = 3 x10-9 = 2 nC.

(c) Q = 2000,0 x10-9 C

Basta mover a virgula para a esquerda três casas. Portanto, Q = 2 x10-6 = 2μC.

(d) Q = 0,000 000 0045 C

Basta mover a virgula para a esquerda nove casas. Portanto, Q = 4,5 x10-9 = 2 nC.

Princípio de atração e repulsão

Se aproximarmos dois corpos eletrizados negativamente, observaremos uma força de repulsão entre eles. Ocorreria o mesmo se ambos estivessem eletrizados positivamente.

Carga elétrica

Se, por outro lado, aproximarmos um corpo carregado positivamente de outro carregado negativamente, observaremos a existência de uma força de atração entre ambos. A força é um tipo de interação elétrica que pode tanto afastar como aproximar os corpos carregados. Ou seja, cargas elétricas de mesmo sinal se repelem e as cargas elétricas de sinais opostos se atraem.

Princípio de conservação das cargas

Num sistema eletricamente isolado, ou seja, onde não há trocas de cargas com o meio exterior, a soma algébrica das cargas elétricas é constante.

Isso quer dizer que sempre que algo for eletrizado, nenhum elétron será criado ou destruído. Os elétrons são simplesmente transferidos de um material para outro. E a carga se conserva.

Exercício

1. Em uma experiência, um corpo neutro ficou positivamente eletrizado com carga de 2C. Quantos elétrons perdeu?

Resolução

Sabemos que:

 Carga elétrica

2. Fornecendo 5.1013 elétrons a um corpo inicialmente neutro, qual o valor absoluto de sua carga elétrica em microcoulombs? (1 microcoulomb = 1μ = 10-6C).

Resolução

Sabemos que:

Carga elétrica

Efeito Casimir

As descobertas relacionadas ao princípio de atração e repulsão de corpos carregados foi estabelecido a partir dos trabalhos de Coulomb, em 1783, sendo de fundamental importância para a consolidação dos estudos de Eletricidade.

Basicamente, a Lei de Coulomb estabelece uma maneira elegante para quantificar a intensidade de forção de atração ou de repulsão entre corpos carregados eletricamente. Um ponto importante nessa lei é que, se os corpos estiverem descarregados, ou seja, eletricamente neutros, não é esperado nenhuma interação entre eles. A intensidade da força será zero. Para isso, basta que um dos corpos esteja neutro.

Curiosamente, em 1848, o físico holandês Casimir apresentou a hipótese de que se duas placas metálicas paralelas descarregadas, eletricamente neutras, estão sujeitas a uma força de atração, tendendo aproximá-las.

Essa força apenas pode ser quantificada ou mesurada quando a distância entre as duas placas é muito pequena da ordem de micrometros. Esse efeito foi comprovado experimentalmente em 1997.

O fenômeno de atração entre placas paralelas descarregadas, ou efeito Casimir, não pode ser explicado pela Lei de Coulomb. Por outro lado, vem sendo compreendido por meio de conceitos construídos a partir da Mecânica Quântica, por exemplo, o vácuo quântico.


Referências utilizadas neste conteúdo:

http://www.sbfisica.org.br/rbef/pdf/v22_122.pdf
Oliveira, Geraldo Fulgêncio, Físcia: uma proposta de ensino: volume único. 1997.


Pablo Diniz Batista

Pablo Diniz Batista

Graduado em Física e Filosofia, cursou mestrado e doutorado em Física Médica Aplicada à Medicina e Biologia pela Universidade de São Paulo. Atualmente, é professor do Ensino Básico, Técnico e Tecnológico no Instituto Fede...

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