Eletricidade – Lei de Coulomb – Corrente Elétrica
Atenção: este texto é apenas um guia para estudo e não substitui as indicações
bibliográficas do curso.
Os fenômenos elétricos são conhecidos desde a remota antiguidade. O filósofo grego Tales (de
Mileto), séc. VI a.C., observou que um pedaço de âmbar atritado por um pedaço de pele de
animal passava a atrair corpos leves.
Atualmente dizemos que os corpos mencionados acima ficaram eletrizados. A origem da
palavra “elétrico” (eletricidade, etc.) está no grego élektron, que significa âmbar. Dizemos
também que quando um corpo está eletrizado, ele possui uma carga elétrica. Caso contrário,
dizemos que está descarregado ou neutro. Os nossos conhecimentos científicos permitem-nos
dizer que existem dois tipos de carga elétrica: positiva e negativa. As cargas de mesmo nome se
repelem e as de nomes contrários se atraem.
Você deve saber que a matéria é composta de átomos que, por sua vez, são constituídos
basicamente de elétrons, prótons e nêutrons. Prótons e nêutrons ficam no núcleo enquanto que
os elétrons movem-se em torno do núcleo. Os elétrons têm carga negativa, os
prótons têm carga positiva e os nêutrons são neutros, ou seja, não têm carga
elétrica. Sob a luz desse modelo dizemos então que um corpo neutro tem o
mesmo número de prótons e elétrons. Em um corpo negativo temos um
excesso de elétrons e em um corpo positivo faltam elétrons, ou seja, sobram
prótons.
De acordo com sua capacidade de transportar a eletricidade os materiais são classificados como
condutores ou isolantes. Os condutores (por exemplo, os metais) têm uma grande quantidade de
elétrons livres que promovem o transporte de carga. Os isolantes, por
outro lado, não possuem os chamados elétrons livres e, portanto, são
maus condutores de eletricidade. Os fios que usamos nas instalações
elétricas são feitos de metal (geralmente de cobre) que é um bom
condutor de eletricidade e encapados com um plástico, que é um mau
condutor. Por isso podemos manuseá-los sem o perigo de sermos
acidentados pela eletricidade.
As primeiras medidas de carga elétrica foram
feitas
com
um
instrumento
chamado
eletroscópio. Este instrumento usa a força de
repulsão entre cargas de mesmo sinal para afastar
uma barra metálica (muito leve, é claro) de sua
posição de equilíbrio. Medindo-se o ângulo de
afastamento pode-se avaliar a quantidade de
carga presente. No SI a unidade de carga elétrica
é 1 Coulomb ( 1 C) em homenagem ao cientista
Charles
Coulomb.
Em
aplicações práticas são muito
usados os submúltiplos:
mC = 10-3 C
µC = 10-6 C
A Lei de Coulomb
O cientista francês Charles Coulomb (1736-1806), após uma série de medidas meticulosas,
descobriu a relação entre a força elétrica entre dois objetos e as cargas neles contidas. Mais
especificamente, ele descobriu que a intensidade da força elétrica entre dois objetos pequenos
eletrizados é proporcional ao produto dos módulos das cargas e inversamente proporcional ao
quadrado da distância que os separa, ou seja:
F = k ● (Q1 ● Q2) / r2
A letra k que aparece acima é a constante de proporcionalidade da Lei de Coulomb e, no sistema
internacional (SI) ela vale 9 x 109 Nm2/C2 para objetos situados no ar. Esta constante apresenta
valores menores do que o obtido para o ar quando as cargas encontram-se em outro meio.
A figura ao lado mostra o
equipamento
usado
por
Coulomb. Trata-se de uma
balança de torsão que mede
com precisão a força entre q1
e q2 bem como a distância r.
Através de uma série de
medidas, com diferentes
valores de carga e distância,
ele pôde concluir a relação
que hoje leva seu nome!
O campo elétrico
Para melhorarmos a nossa compreensão dos fenômenos elétricos, é muito conveniente
conceituarmos o que chamamos de campo elétrico. Para tanto, ao invés de dizermos que uma
carga Q1 atrai uma carga Q2, diremos que a carga Q1 cria um campo elétrico no espaço que a
circunda e esse campo elétrico é o responsável pela força sobre Q2.
Em resumo: se uma carga Q é colocada em um dado ponto do espaço, a simples presença dessa
carga modifica o espaço e cria ao seu redor um campo chamado campo elétrico. Observe-se que
este campo só depende da presença de Q.
Para sabermos se em um dado ponto do espaço existe um campo elétrico, basta colocarmos
neste ponto uma carga de prova q0. Se nesta carga atuar alguma força elétrica, podemos
concluir que neste ponto existe um campo elétrico.
Na figura que se segue procuramos mostrar esse conceito de campo. Inicialmente temos o
espaço vazio, sem qualquer carga elétrica. Em seguida colocamos em um ponto qualquer uma
carga Q. Essa carga modifica o espaço criando um campo elétrico. Uma segunda carga,
colocada nas vizinhanças de Q fica sujeita a esse campo e sobre ela aparece uma força elétrica.
Deve-se notar que o campo é, como dissemos, uma modificação do espaço e só pode ser
detectado com o uso de uma carga de prova.
Espaço vazio
Espaço modificado
por Q: campo elétrico
Q
A força sobre q deve-se ao
campo elétrico criado por Q
Q
q
Criação de um campo elétrico por uma carga Q – Interação com a carga q
Faça você mesmo...
Coloque um pedacinho de isopor pendurado em uma linha. Atrite um pente, uma régua ou outro objeto
plástico nos seus cabelos e depois aproxime-o do isopor. Comprove que o isopor é atraído pelo objeto.
Você sabe como explicar esse fenômeno?