O documento discute a estrutura atômica, definindo que átomos são formados por prótons, nêutrons e elétrons. Explica também que a carga elétrica é uma propriedade fundamental destas partículas, com prótons tendo carga positiva e elétrons carga negativa. Por fim, introduz os conceitos de corrente elétrica e circuitos elétricos.

1. Ricardo M. Ianelli

3. Os átomos são formados por três partículas:
Prótons: Ficam no centro do átomo. Possuem carga elétrica
positiva.
Nêutrons: Ficam no centro do átomo. Possuem carga
elétrica neutra (zero).
Elétrons: Ficam na eletrosfera, orbitando ao redor do
centro do átomo.
Diversos átomos diferentes podem ser formados
dependendo do número de prótons. Existe uma tabela
chamada “Tabela Periódica” onde são catalogados todos os
átomos conhecidos.

5. Átomos possuem certas características que devem ser
destacadas:
1º - Em um átomo neutro (normal), o número de prótons é
igual ao número de elétrons.
2º - Cada átomo é definido pelo número de prótons. O
Oxigênio tem 8 prótons, assim como o Hidrogênio tem
apenas 1 próton. Se você retirar prótons dos átomos, eles se
tornam outros átomos. No caso do Oxigênio, se você retirar
um próton ele se torna um átomo de Nitrogênio. Portanto,
nunca teremos movimento de prótons ou nêutrons, sempre
de elétrons.

6. No começo, falamos sobre cargas positivas e negativas,
mas o que seriam estas cargas?
Através de experimentos, descobriu-se que elétrons e
prótons se atraíam, assim como partículas iguais
(elétrons + elétrons ou prótons + prótons) se repeliam.
Para estudar isto melhor, definiram um conceito de
que cada partícula teria uma carga, no caso dos
elétrons uma carga NEGATIVA, e no caso dos prótons
uma carga POSITIVA. Os nêutrons não atraíam nem
repeliam outras partículas, por isso, recebeu carga
NEUTRA.

7. Até hoje não se sabe exatamente o porquê dessa
atração, quem sabe algum de vocês mesmo descubra
no futuro, mas já conseguimos afirmar que a carga
elétrica é uma propriedade dos elétrons e prótons,
assim como a massa.
Todos os objetos possuem massa, assim como todos os
objetos possuem cargas elétricas. Da mesma forma que
a massa é medida, geralmente, em kg, a carga elétrica é
medida em Coulomb, abreviado pela letra C.

8. Charles Augustin Coulomb foi
um importante Físico. Teve
diversos trabalhos na área de
eletricidade e magnetismo,
atrito, torções, etc. Realizou
experimentos para
determinar a força de
atração entre duas cargas
elétricas, criando a lei que
leva seu nome, a Lei de
Coulomb. Charles Augustin Coulomb vendo
você dizendo que entendeu porque
está com vergonha de perguntar.

9. A Lei de Coulomb diz, resumidamente, que a força entre
duas cargas elétricas é diretamente proporcional ao
produto das duas e inversamente proporcional ao
quadrado da distância entre elas. Parece confuso, mas fica
mais ou menos assim:
Quanto mais carga possuem, maior a força de atração.
Quanto mais longe estiverem, menor a força de atração.
Apenas a nível de curiosidade, a carga elétrica de um
elétron é igual a 0,00000000000000000016 C.

10. Apenas para resumir, temos que:

11. Vimos que os objetos no dia-a-dia estão neutros, ou seja,
possuem a mesma quantidade de prótons e elétrons.
Contudo, em alguns casos é possível adicionar ou
remover elétrons de um objeto, e assim, desbalancear
as cargas. Chamamos isso de eletrização. Exemplo:
Imagine que temos um corpo com 2 elétrons e 2 átomos.

12. Como o elétron representa uma carga negativa e o
próton uma positiva, temos duas cargas “-” e duas
cargas “+”. Os dois pares vão se anular e a carga “final”
será neutra.

13. Contudo, e se retirarmos um elétron do objeto?
Agora o primeiro par de cargas se anula, mas fica
sobrando um próton, ou seja, uma carga positiva. Com
isso, nosso objeto fica carregado POSITIVAMENTE.

14. Poderíamos fazer o contrário, e retirar um próton do
objeto. Contudo, já vimos que o próton é a identidade
do átomo, então isto nunca vai acontecer. Existem
maneiras extremamente complicadas de retirar um
próton, mas trabalharemos apenas com elétrons se
movendo.

15. E se adicionarmos um elétron? Então, teremos uma
carga negativa a mais, portanto, nosso objeto estará
carregado NEGATIVAMENTE.

16. Agora, o que acontece se aproximarmos um objeto
carregado POSITIVAMENTE de um objeto carregado
NEGATIVAMENTE ? Acontece o mesmo que vimos um
pouco mais atrás, cargas de mesmo sinal se afastam,
enquanto cargas de sinais opostos se atraem.

17. Um conceito que vale lembrar é o de condutores e
isolantes. Basicamente, condutores são materiais que
possuem elétrons mais ‘soltos’, portanto, tem mais
facilidade para transportar esses elétrons, fazendo que
seja fácil mudar sua carga.
Exemplo: Metal
Isolantes, por outro lado, são objetos bem ‘agarrados’
aos seus elétrons, fazendo com que seja difícil
movimentar os elétrons.
Exemplo: Borracha

18. Ao atritar dois objetos diferentes, um deles vai ter uma
tendência maior a receber elétrons, e com isso, vai
‘roubar’ os elétrons do outro material, ficando assim
um deles positivo e outro negativo. Isto acontece pois,
ao atritar, fornecemos energia suficiente pro elétron ir
para mais longe do núcleo, sendo assim menos atraído
pelo núcleo. Ao chegar perto do outro material com
mais tendência para atrair os elétrons, estes elétrons
são ‘puxados’ para a eletrosfera deles.

19. Secar o cabelo com a toalha
após o banho. A toalha fica
carregada negativamente e os
cabelos positivamente. Como
os cabelos estão todos com
cargas positivas, tendem a se
afastar, ficando “arrepiados”.
Por isso seu cabelo fica
bagunçado. O mesmo
acontece ao acordar com o
cabelo em pé, devido ao atrito
com a roupa de cama durante
a noite.
Albert Einstein seguindo todas as
regras de etiqueta para fotos.

20. Imagine que uma esfera “A” esteja eletrizada, perdeu
elétrons e ficou com carga negativa. Digamos que esta
carga seja de +4C (o sinal de positivo é porque ele está
com carga positiva). Agora, imagine pegar uma esfera
“B” que esteja neutra. As esferas estariam mais ou
menos assim (mostrando apenas cargas que não se
anulam):

21. Como sabemos, as cargas de mesmo sinal tendem a se
afastar, portanto, as duas cargas dentro de “A” estão
querendo se manter longe, se afastar. Ao encostarmos
“A” em “B”, o que acontece é que as cargas tendem a “se
dividir” para encontrar equilíbrio. Tudo na natureza
busca o equilíbrio. Se os objetos forem iguais, as cargas
se dividem igualmente. A fórmula para calcular seria:

22. Caso os objetos tenham tamanhos diferentes, o objeto
maior sempre tenderá a ficar com mais carga. Isso
acontece porque, para objetos maiores, a carga não o
afeta tanto. Imagine a energia de um raio sendo mantida
numa bola de gude e no planeta terra, qual dos dois
deverá ficar mais instável com esse tanto de carga?
Por isso, sempre o maior vai ficar com mais carga.

23. É assim que funciona o fio-terra. Pegamos um objeto
carregado e ligamos ele à terra através de um fio. Como
a terra é extremamente grande, acaba retirando ou
doando carga até estabilizar o outro objeto.

24. Apenas lembrando que carga positiva (prótons) NUNCA
vão se movimentar!
O que acontece é que, no corpo neutro, existe um par de
cargas se neutralizando, e o elétron dessa passa para o
outro objeto. Sempre são apenas os elétrons que se
movimentam!

25. Exercício 1 – Duas esferas iguais, “A” e “B”, possuem
cargas +3C e -2C respectivamente. Uma terceira esfera
“C”, também igual, possui 1C de carga, mas não se sabe
se é positiva ou negativa. Ao aproximar “C” de “A”,
ambas se atraíram. Qual é a carga real de “C” e qual
seriam as cargas de “B” e “C” caso ambas se
encostassem?
O primeiro passo para este exercício é desenhar as
esferas e suas cargas.

26. Feito isso, vamos ao que sabemos. Se “A” e “C” se
atraíram, sabemos que suas cargas são opostas. Como a
carga de “A” é positiva (+3C), então a carga de “C” deve
ser negativa. Portanto, a carga de “C” é -1C.

27. Agora vamos encostar “B” e “C”. Sabemos que todas
tem o mesmo tamanho, caso contrário não teríamos
como calcular quanto seriam as cargas após o contato.
Jogando na fórmula: Q = (QB + QC) / 2

28. Q = (-2C + (-1C)) / 2
Q = (-2C – 1C) / 2
Q = -3C / 2
Q = -1,5C
Fica estranho ver uma carga de 1,5C,
porém, é porque 1C não é exatamente
igual a 1 elétron.
1C = 6,280,000,000,000,000,000 elétrons.
É, é bastante elétron.

29. Na eletrização por indução, pega-se dois objetos, um neutro e
um carregado, e faz com que o objeto neutro fique com
carga oposta ao objeto carregado. Exemplo:
Uma esfera está neutra. Ao aproximar um bastão carregado
positivamente, os elétrons da esfera ficam mais perto do
bastão enquanto as cargas positivas vão para mais longe.
Em seguida, liga-se um fio condutor da esfera até o chão,
fazendo com que elétrons subam para a esfera para ficar
mais perto do bastão. Após isso, corta-se o fio.

30. Corrente elétrica é o movimento de carga elétrica por
um condutor. Toda vez que há carga se movendo de
um ponto a outro, dizemos que existe uma corrente
elétrica. Sabemos que carga elétrica é uma propriedade
do elétron, assim como a massa, portanto, corrente
elétrica é nada mais que o movimento de elétrons.
A intensidade dessa corrente elétrica é medida em
Ampéres e é utilizada a letra “i” para representá-la.
Tal intensidade é calculada vendo quanto de carga
passa por um fio num determinado tempo.
i = Q
t

31. Para gerar uma corrente elétrica, ou seja, para
movimentar os elétrons, é necessária que haja uma
tensão elétrica. A tensão elétrica é o que “empurra” os
elétrons para percorrerem um condutor. Existem dois
pontos, um de maior potencial elétrico e outro de
menor potencial elétrico, e os elétrons vão de um
ponto a outro. Podemos simplificar este conceito
pensando numa bateria. Imagine que ela tenha os
pólos positivos e negativos. Os elétrons no pólo
negativo vão querer ir para o pólo positivo (vão ser
atraídos), e quanto mais carga positiva tiver do outro
lado, maior será o potencial elétrico, ou seja, a tensão
elétrica.

32. Quando os elétrons passam pelo fio condutor, o fio
esquenta. Isso ocorre pois os elétrons colidem com
os átomos presentes nos outros materiais, essa
colisão que faz esquentar. Certos objetos esquentam
mais pois há mais colisões. No caso da lâmpada,
existe um pedaço especial de metal que esquenta
facilmente, e quando atinge temperaturas altas,
emite luz. Assim é feita a lâmpada incandescente.

33. Imagine a corrente elétrica como água. Você tem um
cano (o condutor) e dois pontos com potenciais
diferentes (alturas diferentes). Quanto maior for a
diferença de altura, mais rápido a água correrá. Agora
imagine colocar uma roda d’água no meio disso tudo.
A roda irá girar com a força da água passando, ou seja,
a força da água se movimentando pode ser utilizada
para gerar energia e movimentar outras coisas, como
um motor, ou acender uma lâmpada. Mas imagine se a
corrente for forte demais e quebrar a roda de água.
Para isso, precisamos ‘desacelerar’ a água. Assim,
usamos resistores, que são como “canos mais finos ou
largos” para controlar a saída de água.

34. Resistores, também chamados de resistências, são
quaisquer elementos que dificultem a passagem da
corrente elétrica. Eles costumam esquentar, por isso,
são utilizados em diversos eletrodomésticos que
requerem aquecimento elétrico, como ferro de passar
roupa, chuveiro elétrico, torneira de água quente,
secador de cabelos, lâmpadas, etc. Quando montamos
um circuito, utilizamos fios que possuem resistências,
mas as vezes são baixas demais, e por isso precisamos
dar um jeito de “parar” a corrente. Para isso, usamos
resistores especiais que servem exclusivamente para
isto.

35. Existe uma certa relação entre
tensão, corrente e resistência em
um circuito. Um físico alemão
chamado “George Simon Ohm”
demonstrou que:
R = U
i
Sendo:
U = Tensão em Volts (V)
R = Resistência em Ohms (Ω)
i = Corrente em Ampére (A)
Por isso a resistência é medida
em Ohms, em sua homenagem.
George Simon Ohm
Um homem irresistível.

36. Ao ligarmos um condutor a uma fonte de energia, no
caso, um gerador de voltagem (pilhas, baterias,
tomadas, etc) de forma que a corrente circule, criamos
um circuito. É comum ver circuitos da seguinte forma:

37. Note que os elétrons estão circulando do positivo (sinal
de +) até o negativo. Isso ocorre porque antigamente
acreditavam que a corrente eram cargas positivas se
movimentando, e por isso, até hoje utilizam esse
sistema para circuitos. Chamamos ele de “Sentido
convencional da corrente elétrica”.

38. Exercício 1 – Tendo o circuito a seguir, calcule a
resistência elétrica R1.

39. Sabemos que:
R = U / i
Portanto...
U = R x i
Substituindo:
30V = R1 x 3A
R1 = 30/3
R1 = 10 Ω

40. Porém, o que acontece quando temos mais de um
resistor no nosso circuito?
Nestes casos, existem duas formas possíveis dos
resistores serem associados (organizados): em série e
em paralelo.
Quando tivermos dois resistores em série, apenas
somamos suas resistências para encontrar a resistência
total, também chamada de resistência equivalente.

41. Quando encontramos
a resistência
equivalente de um
circuito, podemos
retirar todos os
resistores e imaginar
que existe apenas um
resistor com a
resistência
equivalente. Neste
caso, seria o mesmo
que apenas um
resistor de 10Ω.

42. Quando temos dois resistores ligados em paralelo, a
corrente se divide entre eles. Para calcular sua
resistência equivalente, não podemos simplesmente
somar suas resistências. Usa-se a seguinte fórmula: