Carga elétrica

Os fios de cabelo eletrizados repelem-se mutuamente em razão do contato das mãos com o gerador de Van de Graaf

Quando falamos em Eletrostática estamos nos referindo a cargas elétricas estáticas, ou seja, cargas elétricas paradas. Embora não seja visível, a grande maioria dos materiais do nosso cotidiano é eletricamente neutra, ou seja, não apresenta efeitos elétricos. As mais diversas situações no nosso dia a dia nos mostram que existe eletricidade estática, por exemplo: nos dias mais secos, ao pentearmos os cabelos, eles ficam um pouco “alvoraçados” por conta das cargas elétricas.

Através de simples experiências em que atritamos dois corpos, vemos o fenômeno da eletrização. É através desse processo, o atrito, que ocorrem as transferências de elétrons de um corpo para outro. Por conta dessa transferência de elétrons, percebeu-se também uma força de atração e repulsão. Essa força se deve a uma propriedade da matéria denominada carga elétrica. Assim, podemos dizer que essa força é de natureza elétrica.

Como já mencionamos os dois tipos de força, atração e repulsão, podemos afirmar que existem dois tipos de cargas elétricas com comportamentos opostos. É sabido que as partículas elementares do átomo são os nêutrons, elétrons e prótons. Embora os prótons e elétrons tenham massas totalmente diferentes, eles possuem cargas elétricas opostas, ou seja, de mesmo módulo, porém de sinais contrários. Por conta de uma convenção, determinou-se que os prótons são portadores de cargas positivas e os elétrons são portadores de cargas negativas; já os nêutrons não possuem cargas.

No Sistema Internacional de Unidades (SI), a unidade de carga elétrica é o coulomb (C). O próton e o elétron, em módulo, possuem a mesma quantidade de carga elétrica. O valor da carga do próton e do elétron é denominado quantidade de carga elementar (e) e possui o valor de:

e=1,6 .10^-19 C

Como 1 C é uma quantidade de carga elétrica muito grande, é comum a utilização dos seus submúltiplos:

1 mC (milicoulomb)= 10^-3  C
1 μC (microcoulomb)= 10^-6  C
1 nC (nanocoulomb)= 10^-9  C

A quantidade de carga elétrica total (Q) será sempre um múltiplo inteiro (n) vezes o valor da carga elementar (e). Essa quantidade de carga pode ser determinada através da seguinte expressão:

 Q=n .e 

Como dissemos no início, quase todos os corpos estão eletricamente neutros. Tal fato acontece porque o número de prótons em uma molécula ou átomo é igual ao número de elétrons. Caso haja uma desigualdade entre o número de prótons e elétrons, teremos um íon. Os íons são moléculas ou átomos eletrizados. Portanto, podemos concluir que um corpo está eletrizado quando o número total de prótons é diferente do número total de elétrons. Dessa forma, um corpo estará eletrizado quando perde ou recebe elétrons.

Em todos os experimentos realizados até o momento, verifica-se que, em sistemas isolados, a quantidade de carga elétrica permanece constante. Essa lei é chamada de conservação da quantidade de carga elétrica. Portanto, podemos dizer que a carga elétrica não é criada e não se perde, ela apenas se transfere de um corpo para outro.

Princípio da eletrostática

Canudo atraindo pequenos pedaços de papel

Faça a seguinte experiência: pique um pedaço de papel em diversos pedacinhos, deixando-os sobre a mesa. Pegue um pente de plástico e passe-o diversas vezes no seu cabelo, lembrando que o cabelo não pode estar com creme. Após atritar o pente, aproxime-o dos pedacinhos de papel sobre a mesa. O que acontece? Você consegue explicar o fenômeno?

Ao que tudo indica, estamos diante de um fenômeno elétrico tal qual aconteceu com quem testava o âmbar lá da Grécia, na Antiguidade. Sabemos que as experiências realizadas provaram que os elétrons e prótons se atraem, como também provaram que elétrons se repelem mutuamente e que prótons também agem dessa maneira. Podemos dizer então que a propriedade que produz a atração ou a repulsão entre elétrons e prótons é denominada carga elétrica.

Pelo fato de os prótons e elétrons mostrarem comportamentos opostos, atribui-se um sinal positivo (no caso dos prótons) e outro negativo (no caso dos elétrons) para a carga elétrica de cada um deles. Dessa forma, podemos generalizar a interação entre essas partículas eletrizadas da seguinte forma:

Princípio da atração e repulsão

- Cargas elétricas do mesmo sinal se repelem
- Cargas elétricas de sinais contrários se atraem

Princípio da conservação das cargas elétricas

- Num sistema eletricamente isolado, o somatório das cargas elétricas permanece constante, ainda que sejam alteradas as quantidades de cargas positivas e negativas do sistema.

Vejamos a figura abaixo: nela consideramos um sistema formado por três corpos: A, B e C, isolados. Suponhamos que, de certa forma, haja troca de cargas entre eles. Ao final, suas cargas elétricas serão modificadas, mas a soma algébrica continuará constante. Veja que a soma algébrica das cargas era + 9, antes da troca de elétrons, e assim permaneceu após a troca.