fundamentos de física iii fundamentos de física iii - Departamento de ...

indicar o comportamento do corpo ao ser eletrizado, como foi sugerido por
Benjamin Franklin.
O núcleo do átomo tem carga positiva e representa o número de prótons
nele existente. Em um átomo neutro, a quantidade de prótons e elétrons são
iguais. Da igualdade numérica entre prótons e elétrons, decorre que a carga
elétrica total do átomo em seu estado natural é nula (o átomo em seu estado
natural é neutro).
A transferência de elétrons de um corpo para outro explica o aparecimento
de carga elétrica em corpos depois de serem atritados. Quando dois corpos são
atritados, um deles perde elétrons para o outro; o primeiro torna-se, então,
eletricamente positivo, enquanto que o outro, torna-se eletricamente negativo. A
experiência mostra que a capacidade de ganhar ou de perder elétrons depende da
natureza dos materiais.
2) Carga elementar : existe uma carga mínima. Até hoje nunca foi
observado experimentalmente um corpo que tenha carga elétrica menor
que a do elétron, representada por e . Somente foram observados corpos
com cargas que são múltiplos inteiros de e .
O caráter discreto da carga elétrica se manifesta principalmente em
sistemas cuja carga total corresponde a poucas unidades da carga elementar. O
fato de nenhum experimento ter revelado a existência de um corpo que tenha
carga elétrica menor que a de um elétron, permite dizer que a carga elétrica é
quantizada, isto é, existe em quanta (quantum, em grego, significa pedaço).
Por isso, no eletromagnetismo clássico, é difícil perceber este aspecto da carga
elementar. Mas é fácil entender porque. A resposta tem a ver com outro aspecto
fundamental da compreensão dos fenômenos físicos: as ordens de grandeza.
existência do elétron. Somente no século XX, com a descoberta dessa partícula
elementar e a medida de sua carga, é que foi possível calcular a equivalência entre
a carga do elétron e e o Coulomb, C .
18
Um Coulomb corresponde a 6 ,25× 10 elétrons em excesso (se a carga for
negativa) ou em falta (se for positiva). Na eletrostática geralmente lidamos com
cargas elétricas muito menores do que um Coulomb. Vamos ver com frequência as
−
unidades milicoulomb -- mC(10 3 C)
-- ou o microcoulomb -- µ C(10 −6
C)
. Mesmo
assim elas ainda representam um número enorme de cargas elementares. A carga
do elétron, medida em Coulomb, é:
−19
e = 1,60× 10 C .
EXEMPLO 1.1
Quantos elétrons há em uma gota de água de massa 0,03g?
Solução:
Uma molécula de água ( H
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tem uma massa
elétrons. Uma gota de água contém n = m/
m moléculas, ou:
Logo, a gota terá
22
10 elétrons.
n =
m
m
o
o
21
= 10
moléculas
1.2.2 CONSERVAÇÃO E QUANTIZAÇÃO DA CARGA ELÉTRICA
−23
mo
= 3×
10 g e contém 10
Se um corpo está carregado eletricamente, positiva ou negativamente, o
valor de sua carga Q será um múltiplo inteiro da carga de um elétron
Q = n e,
n = 0 , ± 1, ± 2, ± 3 ...
Por isso faz sentido tratar distribuições de cargas macroscópicas como se fossem
contínuas, como faremos nas aulas seguintes. Vamos firmar esse idéia com um
exemplo.
Os átomos que constituem os corpos são normalmente neutros, ou seja, o
número de cargas positivas é igual ao número de cargas negativas. Entretanto, por
algum processo, os corpos podem adquirir ou perder carga elétrica, como por
exemplo, atritando um bastão de plástico com um pedaço de flanela. Entretanto,
quando ocorre uma interação elétrica entre dois corpos, a carga total deles se
mantém constante. Além disso, em todos os casos, a carga elétrica de um
sistema isolado é sempre constante.
No Sistema Internacional (SI) a unidade de carga eletrica é 1
Coulomb. Quando essa unidade foi definida, no século XVIII, não se conhecia a
19
Se o bastão ficar carregado positivamente é porque ele perdeu elétrons.
Para que isso ocorra, a flanela deve ter recebido os elétrons do bastão. Observe
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