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Eletricidade 1-II

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Tópicos: Carga Elementar | Forças Elétricas e Gravitacionais no Átomo | Campo Elétrico - Introdução |


1) Carga Elementar

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A carga elétrica não varia de forma contínua e obedece aos princípios da física quântica. A menor carga possível é a do elétron $e \approx 1,6 10^{-19} C$, que é denominada carga elétrica elementar. Uma carga qualquer q deve ser tal que:

$$q = n\ e \tag{1A}$$
Onde n é um número inteiro, positivo ou negativo. O valor reduzido da carga elementar implica que a carga elétrica pode ser considerada continuamente variável para a maioria das aplicações práticas. Entretanto, certos fenômenos só podem ser estudados com o uso do conceito quântico.


2) Forças Elétricas e Gravitacionais no Átomo

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A tabela abaixo dá os valores de carga elétrica e massa das partículas fundamentais do átomo. A massa do nêutron é aproximadamente igual à do próton e a do elétron, cerca de 1840 vezes menor.

Partícula Carga Massa kg
Próton + e ≈ 1,67 10−27
Nêutron 0 ≈ 1,67 10−27
Elétron − e ≈ 9,11 10−31

Para um átomo de hidrogênio (distância aproximada entre elétron e próton 5,3 10−11 m), o cálculo das forças conforme leis de Coulomb e da gravitação produz os resultados: atração elétrica entre elétron e próton ≈ 3,7 10−8 N e atração gravitacional elétron / próton ≈ 8,1 10−47 N. Ou seja, no átomo, a força gravitacional é consideravelmente menor que a elétrica.


3) Campo Elétrico - Introdução

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Seja a analogia com a atração gravitacional: um corpo de massa m, próximo da Terra, é submetido a uma aceleração $\vec g$ tal que a força atuante (peso) é:

$$\vec P =m \vec g \tag{3A}$$
De outra forma, pode-se escrever:

$$\vec g = \frac{\vec P}{m} \tag{3B}$$
Assim, a aceleração da gravidade $\vec g$ pode ser considerada um vetor representativo do campo gravitacional da Terra.

Campo Elétrico
Fig 3-I

Na analogia com a gravidade, carga elétrica equivale à massa. Assim, pode-se considerar, conforme Figura 3-I, um vetor $\vec E$ que representa a intensidade do campo elétrico da carga q1 sobre a carga q2. Portanto,

$$\vec E = \frac{\vec F}{q_2} \tag{3C}$$
A unidade de campo elétrico no Sistema Internacional é N/C (newton por coulomb), de forma análoga à do campo gravitacional (newton por quilograma N/kg ou metro por segundo quadrado m/s2). Na forma mais usual, o campo elétrico é expresso em volts por metro (V/m), de acordo com o conceito (informado em página posterior) de potencial elétrico.
Referências
ALONSO, Marcelo. FINN, Edward. Fundamental University Physics. Addison-Wesley, 1967.
BROPHY, James J. Basic Electronics for Scientists. McGraw-Hill, 1977.
GIEK, Kurt. Manual de Fórmulas Técnicas. São Paulo, Hemus.
HALLIDAY, David. RESNIK, Robert. Física. Rio, Ao Livro Técnico, 1970.
HYPERPHYSICS. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu.

Topo | Rev: Mar/2018