Cap05 - Introdução à Eletricidade
S.J.Troise
5.1
Fenômeno fundamental
OBSERVAÇÃO
FUNDAMENTAL
Existem partículas, encontradas na natureza, que apresentam a propriedade
de se atraírem ou de se repelirem ou seja, quando colocadas em presença
mútua. entre elas aparece uma força de interação, de atração ou de repulsão.
Para distinguir esta força das demais forças encontradas na natureza ela é
denominada “força de natureza elétrica“. As partículas mais comuns encontradas na
natureza, que apresentam esta propriedade, são o elétron e o próton.
O que se observa, de forma indireta, é que:
a) próton repele próton:
Figura 5-1
b) elétron repele elétron:
Figura 5-2
c) próton atrai elétron:
Figura 5-3
Observa-se ainda que esse
Repulsão, estudada na Mecânica.
5.2
processo
de
interação
obedece
à
Lei
da
Ação
e
Conceito de Carga Elétrica
Para que essas partículas tenham este comportamento é necessário que elas
apresentem alguma propriedade.
Chama-se Carga Elétrica à propriedade apresentada por essas partículas que faz
com que elas se atraiam ou se repilam. Ou em outras palavras: essas partículas têm
“alguma coisa” que faz com que elas se atraiam ou se repilam. Essa “alguma coisa” é
chamada Carga Elétrica. É importante que se observe que não estamos dizendo o que é
carga elétrica; estamos apenas estabelecendo um conceito.
5.3
Tipos de Carga Elétricas
É possível concluir-se a partir da observação do fenômeno de interação entre
elétrons e prótons que existem dois tipos de cargas elétricas. Isto é feito analisandose os três fatos acima colocados.
Observação 1:
prótons se repelem
Raciocinemos: os prótons são partículas idênticas (não há razão para que não
sejam). Logo os prótons têm as mesmas propriedades e portanto devem ter o mesmo tipo de
carga elétrica e se repelem
1ª Conclusão:
partículas que têm as mesmas propriedades, isto é a mesma carga elétrica, se repelem.
Observação 2:
elétrons se repelem
Raciocinemos: os elétrons são partículas idênticas (não há razão para que não
sejam). Logo os elétrons têm as mesmas propriedades e portanto devem ter o mesmo tipo
de carga elétrica e se repelem
1ª Conclusão bis:
partículas que têm as mesmas propriedades, isto é a mesma carga elétrica, se repelem
25/7/2005
Teo-02-2005.doc
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Observação 3:
elétrons e prótons se atraem
Raciocinemos: se o elétron e o próton tivessem a mesma propriedade, isto é, a
mesma carga elétrica, deveriam repelir-se, conforme as conclusões acima. Como isto não
acontece podemos tirar a
2ª Conclusão:
a carga elétrica do elétron é diferente da carga elétrica do próton e portanto existem dois
tipos de carga elétrica.
Podemos também concluir:
3ª Conclusão:
partículas que apresentam propriedades diferentes, isto é, cargas elétricas diferente se
atraem
5.4
A denominação das Cargas Elétricas
Para distinguir estes dois tipos de cargas elas recebem nomes diferentes:
a carga do próton é denominada positiva
a carga do elétron é denominada negativa
Deve-se observar que essas denominações são arbitrárias.
justificativa natural para elas.
Não
há
nenhuma
Medida da Carga Elétrica
5.5
A propriedade carga elétrica é mensurável, isto é, pode ser medida. Em vista da
conclusão 5 a medida da carga elétrica do elétron é representada por um número negativo
e a carga elétrica do próton por um número positivo.
Métodos indiretos permitem medir essas duas cargas. No Sistema Internacional
(SI) a unidade de medida da carga elétrica é o Coulomb © cuja definição não pode ser
dada neste momento. Os valores obtidos são:
carga do elétron
q e = −1.6 x10 −19 C
Carga do próton
5.6
q p = +1,6 ⋅ 10 −19 C
Partículas neutras
Existem também na natureza partículas que não interagem com prótons e com
elétrons. Essas partículas não apresentam a propriedade carga elétrica e são
denominadas NEUTRAS. Um exemplo é o nêutron, partícula constituinte do núcleo atômico.
5.7
O átomo
Sabe-se que o átomo em condições normais apresenta igual número de elétrons e
prótons. Sabe-se também que, nessa condição átomo é neutro, isto é, não apresenta não
apresenta carga elétrica pois não interagem com outros prótons ou elétrons, apesar de
conter no seu interior cargas positivas (prótons) e cargas negativas (elétrons).
4: Conclusão
a carga elétrica positiva dos prótons de um átomo em condições normais cancela a carga
elétrica negativa dos elétrons.
Como no átomo em condições normais o número de elétrons é igual ao número de
prótons e ele é neutro apesar de conter cargas elétricas positivas e negativas podemos
concluir que a carga elétrica positiva do próton é capaz de anular a carga elétrica
negativa do elétron, sem o que o átomo não seria neutro, ou ainda:
5: ª Conclusão
a carga elétrica do próton é igual e oposta à carga elétrica do elétron.
5.8
O átomo ionizado - ions
Sabe-se que os elétrons das camadas externas de um átomo podem se mover com
facilidade devido à sua fraca ligação com o núcleo atômico. Por esta razão os átomos
podem, em certas condições, perder ou ganhar elétrons, ficando conseqüentemente com
excesso de próton ou excesso de elétrons. Quando isto acontece passa a existir no átomo
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excesso de um dos tipos de carga elétrica. Dizemos então que o átomo está eletrizado ou
ainda que é um ion.
quando ganha elétrons ele passa a apresentar excesso de carga elétrica negativa e é chamado de ion
negativo ou cátion.
quando perde elétrons passa a apresentar excesso de carga elétrica positiva e é chamado de ion
positivo ou ânion
Devemos observar aqui que nos estudos da Eletricidade admite-se o próton
fortemente ligado ao núcleo atômico e portanto impossibilitado de mover-se. Fenômenos
que envolvem a mobilidade do próton são estudados na Física do Átomo.
5.9
Corpos eletrizados
Os corpos em condições normais são constituídos por átomos em condições normais
e portanto são neutros. Como seus átomos podem ganhar ou perder elétrons o corpo como
um todo pode apresentar excesso ou falta de elétrons, passando portanto a apresentar
carga elétrica negativa, se ganhar elétrons ou positiva, se perder elétrons.Um corpo
que apresenta carga elétrica é chamado “corpo eletrizado”. O ganho ou perda de elétrons
ocorre, por exemplo, durante o processo de atrito entre corpos. Textos elementares de
Física descrevem este fenômeno com detalhes.
5.10
A divisão da eletricidade
A Eletricidade á a parte da Física que estuda os fenômenos da natureza que
envolvem as cargas elétricas e esses fenômenos podem ser classificados em dois grandes
grupos: aqueles que ocorrem quando as cargas estão em repouso e aqueles que ocorrem
quando as cargas estão em movimento.
Para simplificar o estudo, a eletricidade é subdividida em três grandes áreas: a
Eletrostática, que estuda fenômenos que se manifestam quando as cargas geradoras do
fenômeno estão em repouso, o Magnetismo que estuda fenômenos que se manifestam quando
as cargas geradoras estão em movimento e Eletrodinâmica que estuda as relações entre o
movimento das cargas e suas causas.
5.10.1
Exercícios de revisão teórica
5.10.1.1 (
5.10.1.2 (
5.10.1.3 (
5.10.1.4 (
5.10.1.5 (
)
)
)
)
)
O que é carga elétrica?
Como é possível concluir que existem dois tipos de cargas elétricas?
Como um corpo pode apresentar carga elétrica?
O que é um corpo carregado positivamente?
O que é um corpo carregado negativamente?
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Teo-02-2005.doc
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