O documento descreve os conceitos básicos de eletricidade e carga elétrica, incluindo que a carga elétrica elementar é de 1,6x10-19 C, existem processos de eletrização como atrito e contato, e a Lei de Coulomb estabelece que a força entre duas cargas é diretamente proporcional ao produto delas e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre elas.

1. FÍSICA
ELETRIZAÇÃO E LEI DE COULOMB
1. CARGA ELÉTRICA Os nêutrons não se manifestam eletrica-
mente.
Na Antiga Civilização Grega, há cerca de
2.500 anos, descobriu-se que uma pedra de cor ama- Carga Elétrica Elementar
rela originada da resina de certas árvores, denomina- Cada próton possui uma unidade de carga posi-
da âmbar, quando atritada com pele de animais, tiva; cada elétron, uma unidade de carga negativa. As
passava a atrair pequenos pedaços de palha, penas e cargas do elétron e do próton, iguais em valor absolu-
outros objetos leves. As explicações dadas para essas to, são conhecidas como cargas elementares e, trata-
atrações diziam que os corpos atraídos pelo âmbar se, por enquanto, da menor carga elétrica encontrada
serviam-lhe de alimento. na natureza. Sua intensidade é:
Somente mais tarde, com o médico inglês Wil- e = 1,6 . 10- 19 C,
liam Gilbert (1544-1603), é que a eletricidade foi ob- Onde C (coulomb) representa, no Sistema in-
jeto de investigação científica. Foi Gilbert que, em ternacional (SI) a unidade de carga elétrica.
1600, apresentou os primeiros resultados experimen- A quantidade total de carga de um corpo (Q) é
tais e as primeiras tentativas de explicação das atra- dada por:
ções observadas pelos gregos. Ele chamou os corpos Q=±n.e
que, depois de atritados, passam a atrair outros cor-
n → número de partículas do corpo.
pos, de corpos eletrizados. Essa palavra vem do gre-
go elektron, que significa âmbar. Subunidades
Charles Dufay (1698-1739) observou que, en- 1mc (milicoulomb) = 10-3C
quanto o âmbar eletrizado atraía objetos não eletriza- 1µc (microcoulomb) = 10-6C
dos, dois pedaços de âmbar eletrizados se repeliam. 1nc (nanocoulomb) = 10-9C
Concluiu então que existiam dois tipos de eletricida- 1pc (picocoulomb) = 10-12C
de (cargas elétricas), denominadas por Benjamin A carga elétrica é quantizada. Quantizada
Franklin como positiva e negativa. Assim, a Proprie- quer dizer que a quantidade de carga não pode ser
dade Fundamental da carga elétrica é sua existência qualquer valor, mais sim múltiplos inteiros da carga
em duas espécies. elementar (e).
Como você sabe, o átomo é composto de cen- Assim, podemos encontrar uma partícula com
tenas de partículas, entre as quais estão as que inte- carga +6e ou –8e, mas é impossível acharmos uma
ressam ao estudo desenvolvido neste capítulo: os partícula com carga 4,32e.
prótons, nêutrons e os elétrons. Princípio da atração e repulsão
Verifica-se, experimentalmente, que corpos e-
letrizados com cargas de mesmo sinal se repelem e
corpos eletrizados com cargas de sinais contrários se
núcleo com atraem.
carga positiva
Sinais opostos atração
A FAB FBA B
elétron
figura 2 - A
figura 1
Mesmo sinal repulsão
Vamos retomar o modelo da estrutura do áto-
mo, que é semelhante ao nosso sistema planetário. Os
A B A B F BA
prótons e os nêutrons constituem o núcleo do átomo. FAB
Ao redor deste núcleo giram, na eletrosfera, os elé-
trons. Convencionou-se que: figura 2- B
Os prótons têm carga elétrica positiva;
Os elétrons têm carga elétrica negativa;
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2. 2. ELETRIZAÇÃO DOS CORPOS Série Tribo Elétrica
Corpo Neutro – Um corpo neutro apresen-
ta o mesmo número de prótons e de elé- Material Regra Prática
trons.
vidro
Corpo Eletrizado – Em algumas substân-
mica
cias, como nos metais, os elétrons das últi-
lã
mas camadas ou da periferia do átomo pele de gato
podem se liberar, tornando-se elétrons li- seda
vres. Os átomos que perdem elétrons pas-
algodão
sam a ser íons positivos. Os que recebem,
ebonite
passam a ser íons negativos.
Quando um corpo está eletrizado, significa
que ele tem excesso ou falta de elétrons:
Excesso de elétrons → corpo negativamente vidro
o de
carregado. bastã
Falta de elétrons → corpo positivamente car- Algodão
regado.
3. CONDUTORES E ISOLANTES figura 5
Em princípio, é sempre possível deslocar car-
gas elétricas através de um meio material. Mas esta 4.2. Contato
possibilidade de movimento varia com a natureza do Neste processo, um corpo previamente eletri-
meio. Meios em que as cargas elétricas se deslocam zado é colocado em contato com um corpo neutro. Se
com facilidade são chamados condutores (os metais, o corpo estiver eletrizado positivamente, atrai elé-
água contendo ácidos, bases ou sais em solução, o trons do neutro e ambos ficam carregados positiva-
corpo humano etc). Os meios que não permitem o mente. Se o corpo estiver negativamente eletrizado,
deslocamento de cargas elétricas são chamados iso- cede elétrons ao neutro e ambos ficam carregados
lantes ou dielétricos (vidro, plásticos usuais, água negativamente. Quando os corpos forem condutores,
destilada, óleos minerais etc). Quando os átomos se a carga espalha-se por todo o corpo.
unem para formar as substâncias, eles o fazem de di- Se os corpos forem isolantes, a carga fica res-
ferentes maneiras. Do ponto de vista da condução e- trita à região onde ocorre o contato. Lembre-se de
létrica, a maneira mais importante é a ligação que a quantidade de carga do sistema se conserva. A
metálica. Em um átomo metálico, os elétrons das ca- proporção de carga elétrica existente no final, em ca-
madas mais externas não permanecem intimamente da condutor, depende da forma, das dimensões e do
ligados aos respectivos átomos, formando os chama- meio que envolve esse condutor. No caso particular
dos elétrons livres, que se deslocam aleatoriamente de dois condutores idênticos, por exemplo esferas de
por entre a rede cristalina do metal, facilitando a con- mesmo raio, a redistribuição é feita de tal forma que,
dução elétrica nessas substâncias. no final, os condutores terão cargas iguais. Assim,
poderíamos escrever, (veja figura 6):
4. PROCESSOS DE ELETRIZAÇÃO
São processos através dos quais transformamos Figura 6
corpos neutros em corpos eletrizados.
A B A B
São eles:
4.1. Atrito , ,
QA Q QA Q
B B
Ao atritarmos dois corpos feitos de materiais
diferentes, permitimos que ocorra entre eles uma tro- Antes do contato Depois do contato
ca de elétrons. O corpo que cede elétrons, fica carre- , ,
QA Q
= Q=0 QA Q
= _ = _
QB Q
gado positivamente e o que recebe elétrons, fica B
2 2
carregado negativamente. Para sabermos qual dos
corpos se eletrizará positivamente, consultamos a
chamada série tribo elétrica. Na tabela abaixo, o ma-
terial mais superior cede elétrons para o inferior, as-
sim, ao atritarmos, por exemplo, um bastão de vidro e
algodão, o algodão fica carregado negativamente.
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3. antes depois O induzido adquire carga de sinal oposto ao do
+
+ + + + indutor.
+
+ + + 5. LEI DE COULOMB
+ + +
+ +
+ +
+ +
+ + neutro
+ +
Figura 7
4.3. Indução
A indução tem como base o fato de que, num
condutor metálico, os elétrons livres podem movi-
mentar-se sob influência de forças externas. Acom-
panhe a explicação das figuras abaixo, onde
representamos um bastão carregado e uma esfera
neutra.
Figura 8
+++
+
+
+ + +
+ ++
++
+
+ +
+ Indutor +
A força de atração ou de repulsão que age en-
Induzido
tre dois corpos puntifomes eletrizados é diretamente
proporcional ao produto das quantidades de eletrici-
dade Q1 e Q2 que esses corpos possuem, e inversa-
elétrons
mente proporcional ao quadrado de sua distância d.
(a) (b) (c)
Sua intensidade é dada pela expressão:
Na figura 8(a), o bastão carregado positiva-
Q1 Q2
mente, ao aproximar-se da esfera condutora, faz com F=k
d2
que ocorra uma separação de cargas com o movimen-
to dos elétrons livres para o lado mais próximo do
bastão. Observe, no entanto, que a esfera continua onde
neutra, apenas houve separação de cargas. Na figura N ⋅ m2
k = 9 x 109 (Vácuo)
8(b), a esfera é ligada à Terra e há um fluxo de elé- C2
trons da Terra para a esfera; finalmente, em 8(c), a
Q1 Q2
conexão com a Terra foi desfeita e o bastão afastado.
F F
Temos, então, que a esfera fica eletrizada com carga 21 12
negativa. Vale lembrar que não houve contato entre o
bastão e a esfera, por isso esse processo é também d
chamado de eletrização por influência.
Se o bastão estivesse carregado negativamente, F =F
12 21
a esfera se eletrizaria com carga positiva. Figura 1
A constante de proporcionalidade k depende
Figura 9 do meio onde as cargas se encontram e do sistema de
- -
- - N.m2
- - unidades escolhido. No vácuo k = 9.109 (SI) é
-- -- C2
Indutor
chamado de ko.
ESTUDO DIRIGIDO
elétrons
1 Qual o valor da carga elementar?
2 Explique o princípio da atração e repulsão.
3 O que é um corpo neutro?
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4. 4 O que é um corpo eletrizado? 3 Após a eletrização por contato, os corpos ad-
quirem cargas de mesmo sinal.
4 Na eletrização por indução, é necessária a uti-
lização de um fio-terra ou algum dispositivo
que funcione como tal.
5 Cite os processos de eletrização. 2 Julgue os itens:
1 A carga do elétron é, por convenção, negativa.
2 A carga do próton é, por convenção, positiva.
3 Em módulo, o próton e o elétron possuem
mesma carga elétrica.
4 A unidade de carga elétrica, no sistema inter-
6 Escreva a expressão matemática da Lei de Cou- nacional, é o Ampère.
lomb explicando o significado de cada símbolo. 5 A carga elétrica é uma grandeza quantizada.
3 Sabendo que um determinado corpo tem 5 tri-
lhões de prótons e 4,9 trilhões de elétrons, julgue
os itens abaixo:
EXERCÍCIOS RESOLVIDOS 1 Se adicionarmos 0,1 elétrons ao corpo, ele fi-
ca neutro.
1 Uma carga elétrica de 6µc está distante de 20cm 2 O corpo está carregado positivamente.
de outra carga de 4µc no vácuo. Calcule a força 3 O corpo certamente foi carregado por contato.
Nm 2 4 O corpo tem uma carga de 0,1 trilhões de
elétrica entre elas. Dado: K = 9.109 .
C2 Coulombs.
Resolução:
Para trabalhar com a equação de Coulomb, de-
4 Baseado em seus conhecimentos de força elétrica
vemos utilizar a distância em metros e as cargas
e leis de Coulomb, julgue os itens:
em Coulomb. Então, primeiro vamos transformar:
1m 100c m 1 Quanto maior a distância entre duas cargas,
maior a força elétrica entre elas.
x 20c m
2 É impossível um nêutron sentir uma força elé-
100 x = 20
trica.
20
x = → x = 0, 2m 3 A força elétrica existente entre cargas de si-
100
-6
nais iguais é de repulsão.
1µ c 10 c 4 A força elétrica existente entre duas partículas
6µ c X é proporcional ao produto de suas cargas.
x = 6.10−6c
-6
1µ c 10 c 5 Duas cargas positivas idênticas de 1.10-3C estão
4µc X separadas por uma distância de 3m. Calcule a
x = 4.10−6c força elétrica trocada por elas. (k = 9.109Nm²/C²)
K Q .q 9.109.6.10 −6.4.10−6
F = 2
→F = 2
→
d ( 0, 2)
9.6.4.10−3 216.10 −3
F = →F =
0, 04 0,04
lembre-se que 0,04 = 4.10-2 , então
216.10 −3
F = → F = 54.10−1N .
4.10 −2 GABARITO
EXERCÍCIOS Estudo dirigido
1 Julgue os itens: 1 O valor da carga elementar é e = ±1,6.10−19C
1 Após a eletrização por atrito, os corpos eletri- 2 Segundo esse princípio, cargas de mesmo sinal se
zados têm cargas de mesmo sinal. repelem enquanto cargas de sinal contrário se a-
2 Após a eletrização por atrito, os corpos ten- traem.
dem a se repelir.
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5. 3 É aquele que possui o mesmo número de prótons
e elétrons.
4 É aquele que possui um excesso ou falha de elé-
trons.
Positivo – falta de elétrons.
Negativo – excesso de elétrons.
5 Atrito, contato e indução.
6
K Q .q
F = , onde
d2
F = força – Newton (N)
d = distância – metros (m)
Q e q = carga elétrica – Coulomb (C)
Nm 2
K = constante elétrica 9.109 (vácuo)
C2
Exercícios
1 E, E, C, C
2 C, C, C, E, C
3 E, C, E, E.
4 E, C, C, C.
5 1000N.
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