Bdtjtk

Esta página ou secção cita fontes confiáveis e independentes, mas que não cobrem todo o conteúdo, o que compromete a verificabilidade (desde abril de 2017). Por favor, insira mais referências no texto. Material sem fontes poderá ser removido. —Encontre fontes: Google (notícias, livros e acadêmico)

Eletromagnetismo
Representação do vetor campo elétrico de uma onda eletromagnética circularmente polarizada.
Eletrostática Carga elétrica Eletricidade Lei de Coulomb Campo elétrico Fluxo elétrico Lei de Gauss Potencial elétrico Potência elétrica Indução eletrostática Momento do dipolo elétrico Densidade de polarização Lei de Ohm
História História da Física
Magnetostática Lei de Ampère Corrente elétrica Campo magnético Magnetismo Magnetização Fluxo magnético Lei de Biot–Savart Momento magnético Polarização dielétrica Lei de Gauss para o magnetismo Força magnética
Eletrodinâmica Espaço livre Força de Lorentz Força eletromotriz Indução eletromagnética Lei da indução de Faraday Lei de Lenz Corrente de deslocamento Equações de Maxwell Campo eletromagnético Radiação eletromagnética Potenciais de Liénard-Wiechert Tensor de Maxwell
Circuitos elétricos Circuito elétrico Circuito RC Circuito RLC Circuito LC Frequência de ressonância Condução elétrica Resistência elétrica Capacitância Indutância Impedância elétrica Cavidade ressonante Guias de onda Fasor Capacitor
Físicos James Clerk Maxwell Heinrich Hertz Alessandro Volta Michael Faraday Charles de Coulomb Hans Christian Ørsted Nikola Tesla André-Marie Ampère Carl Friedrich Gauss Hendrik Lorentz
v d e

Carga elétrica (AO 1945: carga eléctrica) é uma propriedade física fundamental que determina as interações eletromagnéticas. Esta carga está armazenada em grande quantidade nos corpos ao nosso redor, mas a percepção dela não ocorre facilmente. Convenciona-se a existência de dois tipos de carga, a positiva e a negativa, que, em equilíbrio, são imperceptíveis. Quando há tal igualdade ou equilíbrio de cargas num corpo, diz-se que está eletricamente neutro, ou seja, está sem nenhuma carga líquida para interagir com outros corpos. Um corpo está carregado eletricamente quando possui uma pequena quantidade de carga desequilibrada ou carga líquida. Objetos carregados eletricamente interagem exercendo forças, de atração ou repulsão, uns sobre os outros. A unidade de medida da grandeza carga elétrica no Sistema Internacional de Unidades é o coulomb, representado por C, que recebeu este nome em homenagem ao físico francês Charles Augustin de Coulomb.^[1]

Entre partículas elétricas existem forças gravitacionais de atração devido às suas massas e forças elétricas devidas às suas cargas elétricas. Nesse caso, as forças gravitacionais podem ser desprezadas, visto que a massa de uma partícula é ínfima. A força gravitacional só é perceptível quando há a interação entre corpo de massas de grandes proporções, como a Terra e a Lua, por exemplo.

Os átomos são constituídos por prótons, elétrons e nêutrons. Os prótons e os elétrons possuem cargas elétricas iguais em módulo, enquanto que os nêutrons e os fótons são eletricamente neutros. Por mera convenção define-se que os prótons possuem uma carga elétrica elementar de uma unidade positiva, representada por +e, e também que os elétrons têm uma carga elétrica negativa, expressa por -e.

Quantização da carga. Nas colisões entre partículas a altas energias são produzidas
muitas outras novas partículas, diferentes dos eletrões, protões e neutrões. Todas as
partículas observadas têm sempre uma carga que é um múltiplo inteiro da carga elementar
e=1.602×10−19C{displaystyle e=1.602times 10^{-19}C} Assim, a carga de qualquer objeto é sempre um múltiplo inteiro da carga elementar.

Nas experiências de eletrostática, as cargas produzidas são normalmente equivalentes a um
número muito elevado de cargas elementares. Por tanto, nesse caso é uma boa aproximação
admitir que a carga varia continuamente e não de forma discreta.

Conservação da carga. Em qualquer processo, a carga total inicial é igual à carga total final. Nos casos dos fenómenos em que existe transferência de eletrões entre os átomos, a conservação de carga é evidente. Mas nos casos de criação de novas partículas não teria que ser assim, de facto em todos os processos observados nos raios cósmicos, e nos aceleradores de partículas, existe sempre conservação da carga, ou seja, sempre que uma nova partícula é criada, é também criada uma outra partícula com carga simétrica.

Lei de Coulomb |

Ver artigo principal: Lei de Coulomb

Essa lei estabelece que "a força de atração ou repulsão entre dois corpos carregados é diretamente proporcional ao produto de suas cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância".^[2]
Pela lei de Coulomb, duas cargas elétricas pontuais de 1 coulomb separadas de um metro exercem uma sobre a outra uma força de 9 × 10⁹N, isto é, aproximadamente o peso de 900 000 toneladas. O coulomb é, portanto, uma unidade de ordem de grandeza elevada para exprimir quantidades de cargas estáticas e utilizam-se geralmente seus sub-múltiplos microcoulomb (μC) ou nanocoulomb (nC).

Outras unidades de medida de carga elétrica, usadas em situações especiais, são:

• 
  Carga elementar (e);


• 
  Ampère-hora (Ah);


• Abcoulomb (AbC);


• Statcoulomb (StC).

Força entre cargas |

Duas cargas pontuais, separadas por uma distância r.

No século XVIII Benjamin Franklin descobriu que as cargas elétricas colocadas na superfície de um objeto metálico podem produzir forças elétricas elevadas nos corpos no exterior do objeto, mas não produzem nenhuma força nos corpos colocados no interior.

No século anterior Isaac Newton já tinha demonstrado de forma analítica que a força gravítica produzida por uma casca oca é nula no seu interior. Esse resultado é consequência da forma como a força gravítica entre partículas diminui em função do
quadrado da distância.^[3]

Concluiu então Franklin que a força elétrica entre partículas com carga deveria ser também proporcional ao inverso do quadrado da distância entre as partículas. No entanto, uma diferença importante entre as forças elétrica e gravítica é que a força gravítica é sempre atrativa, enquanto que a força elétrica pode ser atrativa ou repulsiva:

• A força elétrica entre duas cargas com o mesmo sinal é repulsiva.


• A força elétrica entre duas cargas com sinais opostos é atrativa.

Vários anos após o trabalho de Franklin, Charles de Coulomb fez experiências para estudar com
precisão o módulo da força eletrostática entre duas cargas
pontuais.

Uma carga pontual é uma distribuição de cargas numa pequena região do espaço.

A lei de Coulomb estabelece que o módulo da força elétrica entre duas cargas pontuais
é diretamente proporcional ao valor absoluto de cada uma das cargas, e inversamente
proporcional à distância ao quadrado

F=k|q1||q2|Kr2{displaystyle F={frac {k|q_{1}||q_{2}|}{K;r^{2}}}}

onde r{displaystyle r} é a distância entre as cargas,
q1{displaystyle q_{1}} e q2{displaystyle q_{2}} são as cargas das duas partículas, k{displaystyle k} é uma constante
de proporcionalidade designada de constante de Coulomb, e K{displaystyle K} é a constante dielétrica do meio que existir entre
as duas cargas. A constante dielétrica do vácuo é exatamente igual a
1, e a constante do ar é muito próxima desse valor; assim, se entre as
cargas existir ar, K{displaystyle K} pode ser eliminada na equação.^[4]

No sistema internacional de unidades, o valor da constante de Coulomb é:

k=9×109 N⋅m2C2{displaystyle k=9times 10^{9} mathrm {frac {Ncdot m^{2}}{C^{2}}} }

Outros meios diferentes do ar têm constantes dielétricas K sempre maiores que o ar;
consequentemente, a força elétrica será mais fraca se as cargas pontuais forem colocadas
dentro de um meio diferente do ar.^[4]

Campo elétrico |

Uma forma diferente de explicar a força eletrostática entre duas partículas com carga consiste em admitir que cada carga elétrica cria à sua volta um campo que atua sobre outras partículas com carga. Se colocarmos uma partícula com carga q0{displaystyle q_{0}} num ponto onde existe um campo elétrico, o resultado será uma força elétrica F→{displaystyle {vec {F}}}; o campo elétrico E→{displaystyle {vec {E}}} define-se como a força por unidade de carga:^[5]

E→=F→q0{displaystyle {vec {E}}={frac {vec {F}}{q_{0}}}}

Consequentemente, o campo elétrico num ponto é um vetor que indica a
direção e o sentido da força elétrica que sentiria uma carga
unitária positiva colocada nesse ponto.

Campo elétrico produzido por uma carga pontual positiva Q e representação do campo usando linhas de campo.

De forma inversa, se soubermos que num ponto existe um campo elétrico
E→{displaystyle {vec {E}}}, podemos calcular facilmente a força elétrica que atua
sobre uma partícula com carga q{displaystyle q}, colocada nesse sítio: a força será
F→=qE→{displaystyle {vec {F}}=q,{vec {E}}}. Precisamos apenas de conhecer o campo para
calcular a força; não temos de saber quais são as cargas que deram
origem a esse campo. ^[4]
No sistema SI, o campo elétrico tem unidades de
newton sobre coulomb (N/C).

Como vimos, a força elétrica produzida por uma carga pontual positiva
Q{displaystyle Q} sobre uma segunda carga de prova q0{displaystyle q_{0}} positiva é sempre uma força
repulsiva, com módulo que diminui proporcionalmente ao quadrado da
distância. Assim, O campo elétrico produzido por uma carga pontual
positiva Q{displaystyle Q} são vetores com direção e sentido a afastar-se da carga,
como se mostra no lado esquerdo da figura ao lado.

Uma forma mais conveniente de representar esse campo vetorial
consiste em desenhar algumas linhas de campo, como foi feito
no lado direito da figura anterior. Em cada ponto, a
linha de campo que passa por esse ponto aponta na direção do campo. O
módulo do campo é maior nas regiões onde as linhas de campo estão mais
perto umas das outras.^[4]

Para calcular o valor do campo elétrico produzido pela carga pontual
Q{displaystyle Q} num ponto, coloca-se uma carga de prova q0{displaystyle q_{0}} nesse ponto e
divide-se a força elétrica pela
carga q0{displaystyle q_{0}}. Usando a lei de Coulomb,
obtemos o módulo do campo elétrico produzido pela carga Q{displaystyle Q}:

E=k|Q|r2{displaystyle E={frac {k,|Q|}{r^{2}}}}

onde r{displaystyle r} é a distância desde a carga Q{displaystyle Q}, que produz o campo, até o
ponto onde se calcula o campo. O sinal da carga Q{displaystyle Q} indicará se o
campo é repulsivo (Q>0){displaystyle (Q>0)} ou atrativo (Q<0){displaystyle (Q<0)}.

O campo elétrico criado por uma única carga pontual é muito fraco
para ser observado. Os campos que observamos mais facilmente são
criados por muitas cargas; seria preciso somar vetorialmente todos os
campos de cada carga para obter o campo total.^[4]

As linhas de campo elétrico produzidas por um sistema de muitas
cargas já não serão retas, como na figura anterior, mas
poderão ser curvas.

Carga por indução |

Procedimento usado para carregar dois condutores com cargas iguais mas de sinais opostos.

Um método usado para carregar dois condutores isolados, ficando com cargas idênticas
mas de sinais opostos, é o método de carga por indução ilustrado na figura.
Os dois condutores isolados são colocados em contato. A seguir aproxima-se um objeto
carregado, como se mostra na figura abaixo. O campo elétrico produzido pelo objeto carregado induz uma carga de sinal oposto no condutor que estiver mais próximo, e uma carga
do mesmo sinal no condutor que estiver mais afastado. ^[4]

A seguir, separam-se os dois condutores mantendo o objeto carregado na mesma posição. Finalmente, retira-se o objeto carregado, ficando os dois condutores carregados com cargas opostas; em cada condutor as cargas distribuem-se pela superfície, devido à repulsão entre elas, mas as cargas dos dois condutores já não podem recombinar-se por não existir contato entre eles.

Na máquina de Wimshurst, usa-se esse método para separar cargas de sinais opostos. Os
condutores que entram em contato são duas pequenas lâminas metálicas diametralmente
opostas sobre um disco isolador, quando passam por duas escovas metálicas ligadas a uma
barra metálica.^[4]

As duas lâminas permanecem em contato apenas por alguns instantes, devido a que o disco roda.
Se no momento em que duas das lâminas de um disco entram em contato uma lâmina
do disco oposto estiver carregada, essa carga induzirá cargas de sinais opostos nas duas
lâminas que entraram em contato. Essas cargas opostas induzidas em duas regiões do disco
induzem também cargas no disco oposto, porque nesse disco também há uma barra que
liga temporariamente as lâminas diametralmente opostas.

Em cada disco, após induzirem cargas no disco oposto, as cargas saltam para dois coletores
ligados a duas garrafas metálicas; uma das garrafas armazena carga positiva e a outra carga negativa. Quando as cargas acumuladas nas garrafas forem elevadas produz-se uma
descarga elétrica entre as pontas de duas barras ligadas às garrafas, ficando descarregadas.
Essa descarga elétrica é um pequeno trovão com uma faísca bastante luminosa.^[4]

Os dois discos rodam em sentidos opostos e as duas barras que estabelecem o contato em
cada disco e os dois coletores estão colocados de forma a que na rotação de cada lâmina no
disco, primeiro seja induzida uma carga que a seguir induz carga oposta no disco oposto e
logo passe para o coletor, ficando descarregada e pronta para iniciar outro ciclo.

A cada ciclo as cargas induzidas aumentam, porque cada lâmina é induzida pelas cargas de
várias lâminas no disco oposto. Para iniciar o processo basta com que uma das lâminas
tenha acumulado alguma pequena carga por contato com outro corpo como, por exemplo,
o ar à volta. A localização inicial dessa lâmina com carga determinará qual das garrafas
acumula carga positiva e qual negativa.^[4]

Referências

Ver também |

O wikilivro Eletromagnetismo tem uma página intitulada Cargas elétricas

• Lei de Coulomb


• Linhas de força


• Potencial elétrico


• Campo Elétrico

• Portal da ciência
• Portal da física