1. Carga Elétrica Apostila

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FÍSICA III 
 
 
 
 
 
 
 
 
Prof. Jarbas André da Rosa, M.Eng. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Novo Hamburgo 
 
2015 
__________________________________________________________________Física III 
 
1
1. CARGA ELÉTRICA 
 
 
1.1. Cargas elétricas 
 
 Os estudos sobre eletricidade e sobre magnetismo inicialmente se desenvolveram de 
forma separada. Contudo, foram posteriormente unificados no estudo do eletromagnetismo. 
 
 eletromagnetismo � parte da Física que estuda os fenômenos elétricos e magnéticos 
 
 Todos os objetos que estão a nossa volta possuem um número muito grande de cargas 
elétricas fundamentais, podendo estas ser positivas ou negativas. 
 
 carga elétrica � característica intrínseca das partículas fundamentais 
 
� Exemplos de manifestações das cargas elétricas: 
eletricidade estática, relâmpagos. 
 
 Dependendo do número de cargas positivas e de cargas negativas presentes em um 
objeto, o mesmo pode estar eletricamente neutro ou carregado (eletrizado). 
 
cargas positivas = cargas negativas → objeto eletricamente neutro (carga resultante 
igual a zero) 
 
cargas positivas ≠ cargas negativas → objeto carregado eletricamente (carga 
resultante diferente de zero) 
 
 As cargas elétricas interagem umas com as outras. Essa interação se manifesta através de 
forças elétricas (eletrostáticas). 
 
 
 
 “Cargas de mesmo sinal se repelem e cargas de sinais contrários se atraem.” 
 
� Exemplos de aplicações da interação entre as cargas elétricas: 
pintura eletrostática, impressão com jato de tinta, fotocópias. 
 
� Unidade da carga elétrica no SI: C (coulomb) 
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2
 
1.2. Condutores e isolantes 
 
condutores � materiais onde as cargas elétricas podem se mover com certa liberdade 
(metais, corpo humano) 
 
isolantes � materiais onde as cargas elétricas não podem se mover com liberdade 
(vidro, plásticos) 
 
 As propriedades dos condutores e dos isolantes são resultado da estrutura e da natureza 
elétrica dos átomos que os compõem. 
 





→
→
→
 neutros nteeletricame nêutrons
ntenegativame carregados elétrons
ntepositivame carregados prótons
 átomo 
 
 As cargas de um próton e de um elétron possuem a mesma intensidade, mas sinais 
contrários. Portanto, átomos que estão eletricamente neutros possuem a mesma quantidade de 
prótons e de elétrons. 
 
 Quando um objeto está ligado a Terra através de um material condutor, é dito que este 
objeto está aterrado. Objetos que estão aterrados não conseguem permanecer carregados 
eletricamente. 
 
semicondutores � materiais intermediários entre os condutores e os isolantes 
(germânio, silício) 
 
supercondutores � materiais que não apresentam nenhuma resistência ao movimento 
das cargas elétricas em seu interior 
 
 Quando cargas elétricas se movem através de um material, é dito que uma corrente 
elétrica existe neste material. 
 
 
1.3. Lei de Coulomb 
 
 
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3
 
 
 
2
21
r
qq
kF = (lei de Coulomb) 
 
 
0
4
1
piε
=k 
 
 
2
21
0
4
1
r
qq
F
piε
= (lei de Coulomb) 
 
F � força eletrostática de atração ou repulsão entre as partículas 1 e 2 (cargas 
pontuais) 
 k � constante eletrostática (8,99 × 109 N.m2/C2) 
 
1
q � carga da partícula 1 
 
2
q � carga da partícula 2 
 r � distância entre as partículas 1 e 2 
 
0
ε � constante de permissividade do vácuo (8,85 × 10−12 C2/N.m2) 
 
 A direção da força eletrostática, que atua entre cargas pontuais em repouso, é dada pela 
linha que une as cargas. Já o sentido dessa força depende dos sinais das cargas que estão 
interagindo. 
 
 A força eletrostática obedece ao princípio da superposição. Portanto, se existirem n 
partículas carregadas, elas interagem aos pares de forma independente, e a força sobre qualquer 
uma delas é o resultado da soma vetorial de todas as forças que atuam sobre ela. 
 
 
 
nR
FFFFF
11413121
...
rrrrr
++++= (princípio da superposição) 
 
1R
F
r
 � força eletrostática resultante que atua sobre a partícula 1 
i
F
1
r
 � força eletrostática que atua sobre a partícula 1 devido a partícula i (i = 2, 
3, 4, ..., n) 
 
1
q � carga da partícula 1 
 
2
q � carga da partícula 2 
 
� Teoremas para Cascas esféricas 
 
 “Uma casca esférica uniformemente carregada atrai ou repele uma partícula 
carregada que está fora dela, como se toda a carga da casca estivesse concentrada no seu 
centro.” 
 
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4
 “Uma partícula carregada, localizada no interior de uma casca esférica 
uniformemente carregada, não está sujeita a nenhuma força eletrostática resultante devido à 
casca.” 
 
 Quando uma casca esférica, feita de um material condutor, está carregada eletricamente, 
o excesso de carga elétrica se distribui uniformemente sobre a superfície externa da casca. 
 
 
1.4. Quantização e conservação da carga elétrica 
 
 A carga elétrica total de qualquer objeto somente pode ser um múltiplo inteiro de uma 
certa carga elementar, ou seja, a carga elétrica é quantizada. 
 
 
 ... 3, 2, 1, com ±±±== nneq 
 
 q � carga elétrica qualquer (positiva ou negativa) 
 e � carga elementar (1,60 × 10−19 C) 
 
 





=
−=
+=
 0nêutron do carga
 elétron do carga
 próton do carga
 átomo e
e
 
 
 A carga elétrica total (soma algébrica) de qualquer sistema isolado não varia, ou seja, a 
carga elétrica obedece a uma lei de conservação. 
 
 
1.5. Bibliografia 
 
HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos de Física: 
Eletromagnetismo. 6. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2003. v. 3 
 
KELLER, Frederick J.; GETTYS, W. Edward; SKOVE, Malcolm J. Física. São Paulo: Makron 
Books, 1999. v. 2. 
 
MÁXIMO, Antônio; ALVARENGA, Beatriz. Curso de Física. 6. ed. São Paulo: Scipione, 2005. 
v. 3. 
 
TIPLER, Paul A. Física: Eletricidade e Magnetismo, Ótica. 4. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2000. v. 
2.