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I UNIDADE - ELETRICIDADE
ELETRICIDADE, O QUE É?
é área da Física responsável pelo estudo de fenômenos associados a cargas elétricas. O termo eletricidade originou-se da palavra eléktron, que é derivada do nome grego âmbar. Este, por sua vez, é uma resina fóssil que, quando atritada em algum tecido, pode passar a atrair pequenos objetos.
Foi na Grécia que surgiram as primeiras definições para a eletricidade. Tales de Mileto, por volta de 600 a.C., atribuiu a existência de uma “alma” aos materiais que podiam ser eletrizados e atrair pequenos objetos. Mas ele se enganou ao imaginar que essa propriedade de atração devia-se ao magnetismo, e não à eletricidade.
Durante milênios os fenômenos envolvendo cargas elétricas ficaram restritos apenas a curiosidades, mas, no século XVI, Willian Gilbert publicou um estudo que diferenciava magnetismo de eletricidade e introduziu alguns dos principais termos utilizados pela Física, como polos magnéticos e força elétrica.
Outro nome importante foi Charles Du Fay, o primeiro cientista a falar da existência de duas eletricidades. Em seguida, Benjamin Franklin, já em 1750, propôs uma teoria na qual a eletricidade seria um fluido que saía de um corpo para o outro, podendo ser negativo ou positivo. A teoria do fluido predominou até o século XIV, quando, em uma experiência com raios catódicos, J. J. Thompson descobriu a existência dos elétrons.
Desde então os estudos sobre eletricidade assumiram uma enorme dimensão. Atualmente é impossível imaginar nossa vida sem ela. Lâmpadas, computadores, aparelhos de TV, geladeiras, entre tantos outros, proporcionam nosso conforto. Os meios de comunicação não existiriam sem os avanços nessa área.
A eletricidade pode ser dividida em três partes:
Eletrostática: Refere-se ao comportamento das cargas elétricas em repouso e seu estudo engloba os processos de eletrização, campo elétrico, força eletrostática e potencial elétrico.
Eletrodinâmica: É a parte da eletricidade responsável pelo estudo das cargas elétricas em movimento. O foco dessa área é a corrente elétrica e os componentes de circuitos elétricos, como capacitores e resistores.
Eletromagnetismo: Estuda a relação entre os fenômenos elétricos e magnéticos, tais como campo magnético produzido por cargas elétricas em movimento e campo elétrico produzido pela variação de fluxo magnético.
CARGA ELÉTRICA
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 ocoulomb (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 denominadoquantidade 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.
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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.