Uma carga elétrica é uma propriedade física que determina a capacidade dos corpos de serem uma fonte de campos eletromagnéticos. Este tipo de partículas tem a capacidade de interagir entre si gerando forças de repulsão e atração devido ao campo eletromagnético que geram.
A unidade de carga elétrica no Sistema Internacional de Unidades (SI) é o Coulomb: uma carga elétrica que passa pela seção transversal de um condutor com uma corrente de 1 ampere por 1 segundo.
A carga elétrica de um corpo é uma propriedade invariavelmente relativística. Ela não depende do referencial, o que significa que não depende se essa carga está em movimento ou em repouso.
O princípio da conservação de carga afirma que a quantidade de carga elétrica em um sistema isolado não é criada nem destruída.
Fenômenos elétricos são fenômenos envolvendo cargas elétricas. As duas ciências que estudam esses fenômenos na física são:
-
A eletrostática estuda o efeito de cargas pontuais em repouso.
-
A eletrodinâmica estuda o efeito de cargas elétricas em movimento.
Tipos de cargas elétricas
Existem dois tipos de cargas elétricas:
-
prótons carregados positivamente. Objetos que têm uma carga positiva têm um número maior de prótons do que de elétrons.
-
elétrons carregados negativamente. Elementos que têm carga negativa têm um número maior de elétrons do que prótons.
Prótons e elétrons são as duas menores cargas elétricas que foram observadas separadamente. Ao lado do nêutron (que não tem carga) estão as subpartículas que compõem os átomos.
O que é uma carga elétrica elementar?
Uma carga elementar é a menor carga elétrica que pode existir na natureza. Este valor de uma carga elementar “e” corresponde à carga de um próton ou de um elétron com valor de 1,60217653 × 10 -19 C. Por esta razão, a carga elétrica só ocorre em múltiplos inteiros da carga elementar e .
Cargas que não são múltiplos de e só ocorrem em quarks . São partículas elementares, cuja carga é um múltiplo de e/3. No entanto, os quarks nunca foram observados separadamente.
O elétron
O elétron é uma partícula subatômica que tem uma massa de repouso de 9,10938356 × 10 -31 kg, igual a cerca de 1/1836 da massa do próton.
Dentro de um átomo, os elétrons parecem estar se movendo ao redor do núcleo.
O próton
O próton, juntamente com o nêutron, faz parte do núcleo dos átomos. O número atômico ( Z ) a partir do qual os elementos químicos são classificados na tabela periódica indica o número de prótons que um átomo possui.
O próton é estável por si só. Um próton livre tende a se associar a um elétron e se tornar hidrogênio neutro.
Lei das cargas elétricas: Forças eletrostáticas
A lei de Coulomb expressa a atração ou repulsão de objetos carregados em repouso. Cargas de mesmo sinal se repelem por forças elétricas e as de sinal oposto se atraem. Cargas elétricas podem causar:
-
Um campo elétrico, independentemente do seu estado de movimento.
-
Um campo magnético, se eles se movem formando uma corrente elétrica. Um campo magnético exerce uma força de Lorentz sobre uma carga na direção do campo. Esta é a causa do fenômeno da indução, descrito pela lei de Faraday.
Tensão e capacidade de cargas elétricas
A força repulsiva entre duas cargas elétricas diminui com o quadrado da distância entre as partículas. Ao adicionar partículas carregadas a um condutor elétrico, a distância entre as partículas diminui. Portanto, mais energia é necessária para adicionar uma carga adicional. Este é o potencial elétrico ou tensão do condutor, expresso em volts (V).
Capacitores elétricos são usados para armazenar energia. Esses elementos fazem uso da força atrativa entre partículas de cargas opostas em dois condutores próximos para compensar a força repulsiva de partículas igualmente carregadas dentro de cada condutor.
A carga também pode ser armazenada em uma esfera de metal isolada do solo. A quantidade máxima de carga em esferas eletricamente carregadas depende linearmente do tamanho dessa esfera.