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Eletricidade I-10
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Carga elétrica |
Lei de Coulomb |
É suposto que os conhecimentos sobre a eletricidade tiveram seu início por volta de 600 AC, quando Thales de Mileto (*) verificou que um bastão de âmbar (uma resina fóssil) atritado atraía pequenos fragmentos de palha. E a origem da palavra está no termo grego elektron, que significava âmbar amarelo.
Esta série de páginas procura dar algumas informações sobre os fenômenos da eletricidade e do eletromagnetismo, partindo do conceito básico de carga elétrica.
(*) Filósofo, cientista e matemático grego (624-547 AC presumidos).
Carga elétrica
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As constatações de Mileto foram a base para a hipótese da existência de cargas elétricas, que podem ser de duas espécies: positiva e negativa.
Entre cargas da mesma espécie ocorre uma repulsão e entre espécies diferentes, uma atração conforme exemplos da Figura 01.
O modelo atual supõe que uma porção qualquer de matéria, no seu estado normal, contém a mesma quantidade de cargas positivas e negativas.
Fig 01
Quando, por exemplo, um bastão de vidro é atritado contra um tecido, o trabalho mecânico desfaz esse equilíbrio, transferindo cargas entre as partes. O vidro passa a ter mais cargas positivas e o tecido, mais cargas negativas.
Lei de Coulomb
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A primeira análise quantitativa das forças entre cargas elétricas é creditada ao físico francês Charles Augustin de Coulomb (1736-1806) no ano de 1785.
Coulomb usou um arranjo conforme Figura 01 deste tópico: uma esfera fixa contém determinada carga elétrica q2. Uma outra esfera com carga elétrica q1 se encontra na extremidade de uma pequena barra mantida em equilíbrio por uma esfera de mesma massa na extremidade oposta. O conjunto é suspenso por um fio fino, de forma que o seu ângulo de rotação depende das forças entre as cargas, que produzem uma torção mecânica no fio.
Coulomb verificou que força de atração ou de repulsão entre dois corpos eletricamente carregados é diretamente proporcional às cargas de cada e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre eles. Essa lei fundamental teve o nome dado em homenagem ao seu descobridor, isto é, lei de Coulomb.
Fig 01
Há uma clara semelhança com a lei da gravitação de Newton. A diferença é a ocorrência de apenas atração para esta última (o mesmo arranjo de Coulomb, denominado balança de torção, foi usado posteriormente por Henry Cavendish, cientista inglês, para determinar a constante de gravitação. Nesse caso, as dimensões eram maiores, com esferas de chumbo de aproximadamente 159 kg).
Fig 02
Sejam, conforme Figura 02, duas cargas elétricas não necessariamente iguais q1 e q2 separadas por uma distância r. Então a força F de atração (ou repulsão) segundo a lei de Coulomb é
#A.1#
A constante de proporcionalidade da relação acima é dada pelo termo
#A.2#
ε0 é a constante de permissividade elétrica do vácuo, que é o meio aqui considerado. O valor aproximado é
ε0 ≈ 8,85 10−12 C2/(N m2) #A.3#
A razão para expressar a constante de proporcionalidade conforme #A.2# será vista adiante, no estudo de campos elétricos.
A formulação da lei de Coulomb implica a necessidade de uma unidade de carga elétrica. A unidade padrão do Sistema Internacional (SI) é o coulomb, de símbolo C. Considerando o valor anterior da permissividade elétrica, o cálculo segundo #A.1# permite o enunciado:
Carga tal que, se colocada a uma distância de 1 metro de outra carga idêntica no vácuo, repele-a com uma força de 8,98 109 newtons.
Entretanto, a definição oficial não é essa. É usado o conceito, dado em página posterior, de corrente elétrica:
Carga elétrica que passa, durante um segundo, pela seção transversal de um condutor percorrido por uma corrente invariável e igual a um ampère.
Topo | Última revisão ou atualização: Out/2009
