Tópicos de Física 3 - Parte 1-016-018

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14 UNIDADE 1 | ELETROSTÁTICA
2. Noção de carga elétrica
Como sabemos, no núcleo de um áto-
mo encontramos partículas denomina-
das prótons e nêutrons. Ao redor do 
núcleo, na região chamada eletrosfera, 
movem-se outras partículas, denomina-
das elétrons.
A massa de um próton e a massa de 
um nêutron são praticamente iguais. A 
massa de um elétron, porém, é muito 
menor: quase 2 mil vezes menor que a 
do próton.
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Benjamin Franklin
Benjamin Franklin nasceu em 1706, em Boston, situada em Massa-
chusetts, uma das 13 colônias que, após a independência, se constituíram 
nos Estados Unidos da América. Aos 12 anos, guiado por um de seus 
irmãos, aprendeu a profissão de tipógrafo em um jornal. Ainda jovem, 
brigou com esse irmão e mudou-se para a Inglaterra. Ao voltar para os 
Estados Unidos, iniciou a publicação (em 1732) do livro Poor Richard’s 
Almanack, que o tornaria muito popular. Em 1731, com outros maçons, 
fundou a primeira biblioteca pública da Filadélfia. Esse ato provocou um 
aumento de novas bibliotecas por toda a colônia, sendo considerado um 
dos fatores que ajudaram na independência. Em 1748, vendeu seus ne-
gócios para se dedicar mais à vida pública e a seus estudos.
Benjamin participou da fundação da Universidade de Nova York, criando a sociedade filosófica americana 
com o intuito de divulgar o conhecimento científico. Nessa época iniciou seus contatos com a Royal Society 
de Londres. Organizou a criação do corpo de bombeiros e do primeiro hospital de Massachusetts e reformou 
o serviço de correios. 
Além de ser um homem público e um membro graduado da maçonaria, Benjamin Franklin se destacou 
no estudo da eletricidade, realizando o famoso experimento da pipa, quando provou que o relâmpago era 
uma manifestação de cargas elétricas na natureza. Foi ele quem construiu o primeiro para-raios e, com o 
intuito de fazer a previsão do tempo, iniciou o estudo da meteorologia. 
Em 1776, Benjamin participou ativamente do movimento pela inde-
pendência, fazendo parte do grupo de homens que fundaram os Estados 
Unidos da América. Tornou-se embaixador na França, onde, paralelamen-
te, participou da depuração e da unificação da maçonaria. Em 1785 voltou 
à América e tornou-se abolicionista, sendo escolhido como presidente da 
sociedade promotora da abolição da escravatura. Benjamin Franklin 
morreu em 1790 aos 84 anos de idade. 
Ampliando o olhar
 Retrato de Benjamin Franklin. Óleo 
sobre tela de Joseph S. Duplessis, 
século XVIII, coleção particular.
Joseph Siffred Duplessis.Portrait of Benjamin Franklin, 
c.18th/The Bridgeman art Library/Grupo Keystone. 
Coleção particular.
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 Gravura inspirada no experimento de Benjamin Franklin que levou 
à invenção do para-raios. Está no livro Natural Philosophy for Common 
and High Schools (1881), de Le Roy C. Cooley. Coleção particular.
 Representação esquemática de um átomo.
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15TÓPICO 1 | CARGAS ELÉTRICAS
próton
nêutron
elétron
nêutron
elétron
próton
plano imaginário
no qual as partículas
se movem
e 5 1,6 ? 10–19 C
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o
raSe um próton, um nêutron e um elétron passarem en-
tre os polos de um ímã em forma de U, como sugere a fi-
gura ao lado, constataremos que o próton desviará para 
cima, o elétron desviará para baixo e o nêutron não sofre-
rá desvio. (A teoria referente a esses desvios será apresen-
tada na Unidade 3 deste volume em Eletromagnetismo.)
Esse resultado experimental revela que os prótons e os 
elétrons têm alguma propriedade que os nêutrons não têm. 
Essa propriedade foi denominada carga elétrica, e con-
vencionou-se considerar positiva a carga elétrica do próton 
e negativa a carga elétrica do elétron. Entretanto, em valor 
absoluto, as cargas elétricas do próton e do elétron são 
iguais. Esse valor absoluto é denominado carga elétrica 
elementar e simbolizado pela letra e. Recebe o nome de 
elementar porque é a menor quantidade de carga elétrica 
que podemos encontrar isolada na natureza.
A unidade de medida de carga elétrica no SI é o coulomb 
(C), em homenagem ao físico francês Charles Augustin de 
Coulomb (1736-1806).
Comparada com a unidade coulomb, a carga elementar é extremamente 
pequena. De fato, o valor de e, determinado experimentalmente pela primeira vez 
pelo físico norte-americano Robert Andrews Millikan (1868-1953), é:
Temos, então:
Carga elétrica do próton 5 1e 5 11,6 ? 10219 C
Carga elétrica do elétron 5 2e 5 21,6 ? 10219 C
Carga elétrica do nêutron 5 0
Submúltiplo Símbolo Valor
milicoulomb mC 1023 C
microcoulomb mC 1026 C
nanocoulomb nC 1029 C
picocoulomb pC 10212 C
É preciso salientar ainda que 1 coulomb, apesar de 
corresponder a apenas uma unidade de carga elétrica, 
representa uma quantidade muito grande dessa gran-
deza física. Por isso, costumam-se usar submúltiplos 
do coulomb. Veja na tabela ao lado os principais sub-
múltiplos.
Um coulomb (C) é a quantidade de carga elétrica que atravessa, em um se-
gundo (s), a secção transversal de um condutor percorrido por uma corrente 
contínua de intensidade igual a um ampere (A).
NOTAS!
• Além dos prótons e dos elétrons, existem outras partículas elementares dotadas de 
carga elétrica de módulo igual a e. É o caso, por exemplo, dos píons (π1) e dos múons 
(m2), encontrados nos raios cósmicos.
• A definição da unidade coulomb depende da definição prévia da unidade ampere (A) 
de intensidade de corrente elétrica. Entretanto, essa unidade será definida apenas 
em Eletrodinâmica.
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16 UNIDADE 1 | ELETROSTÁTICA
 Retrato de Charles-
-Augustin de Coulomb. 
Óleo sobre tela de Louis 
Hierle, 1894. Versailles, 
châteaux de Versailles et 
de Trianon.
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Uma convenção bem pensada
A convenção de sinais feita para as cargas elétricas do próton e do elétron é 
bastante adequada por dois motivos:
1o) Ela leva em conta a existência de dois tipos de carga elétrica. De fato, pró-
tons e elétrons apresentam comportamentos opostos nas experiências, 
como naquela que descrevemos, nesta seção, usando um ímã.
2o) A presença de prótons e elétrons em igual quantidade em um mesmo 
corpo faz com que ele não exiba a propriedade carga elétrica: as cargas 
dos prótons e dos elétrons neutralizam-se e a carga total do corpo é igual 
a zero. Se um átomo, por exemplo, passar entre os polos do ímã da expe-
riência descrita, ele não desviará, porque possui prótons e elétrons em 
quantidades iguais: sua carga total é igual a zero.
Charles-Augustin de Coulomb
Charles-Augustin de Coulomb nasceu em 1736, em Angoulême, França. Estudou 
em bons colégios de Paris, formando-se em Engenharia Militar. Entrou para o exér-
cito francês, sendo destacado como engenheiro na Martinica (América Central), onde 
se dedicou, entre os anos de 1764 e 1772, à construção de fortes e outras edificações. 
Entre 1781 e 1791 produziu sete importantes trabalhos sobre Eletricidade e 
Magnetismo, que foram apresentados à Academia de Ciências de Paris. Em 1785, 
estabeleceu a relação entre a força eletrostática e o inverso do quadrado da distân-
cia entre as cargas, que recebeu o nome de Lei de Coulomb em sua homenagem. 
Em 1802, foi nomeado para um cargo público que ocupou até sua morte, em 1806.
Uma breve abordagem dos quarks
Até o início da década de 1960, os prótons e os nêutrons eram considerados partículas indivisíveis. 
Experimentos, todavia, levaram a acreditar que eles possuem uma estrutura interna e são constituídos 
por três unidades mais elementares, denominadas quarks.Entre 1970 e 1995, cientistas cogitaram a existência de seis tipos de quarks, u (up), d (down), s (strange), t (top), 
b (bottom) e c (charm). Dois desses quarks participariam da composição dos prótons e dos nêutrons: o quark up e 
o quark down, com cargas elétricas respectivamente iguais a 
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1
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e , em que e é a carga elementar.
Veja, abaixo, uma representação esquemática da suposta composição do próton e do nêutron.
Conhecendo as cargas dos dois quarks citados, vamos conferir as cargas do próton e do nêutron:
Note que encontramos os resultados esperados.
Além dos quarks u e d (up e down), cujas cargas elétricas vimos acima, temos ainda o t (top) cuja carga 
vale 



1
2
3
e , o s (strange) de carga 
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e , o b (bottom) de carga 
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e e o c (charm) de carga 
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
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2
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e .
O elétron seria um lépton de carga elétrica igual a 2e.
Ampliando o olhar
down
próton
up up
up
down down
nêutron
Carga do próton (uud) 5 

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Carga do nêutron (ddu) 5 2 12 1 2 12 1 1 51 5
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