TRABALHO DE CARGAS ELETRICAS

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2. INTRODUÇÃO
Toda a matéria que conhecemos é formada por moléculas. Esta, por sua vez, é formada de átomos, que são compostos por três tipos de partículas elementares: prótons, nêutrons e elétrons.
Os átomos são formados por um núcleo, onde ficam os prótons e nêutrons e uma eletrosfera, onde os elétrons permanecem, em órbita.
Os prótons e nêutrons têm massa praticamente igual, mas os elétrons têm massa milhares de vezes menor. Sendo m a massa dos prótons, podemos representar a massa dos elétrons como:
Ou seja, a massa dos elétrons é aproximadamente 2 mil vezes menor que a massa dos prótons.
Podemos representar um átomo, embora fora de escala, por:
Se pudéssemos separar os prótons, nêutrons e elétrons de um átomo, e lançá-los em direção à um imã, os prótons seriam desviados para uma direção, os elétrons a uma direção oposta a do desvio dos prótons e os nêutrons não seriam afetados.
Esta propriedade de cada uma das partículas é chamada carga elétrica. Os prótons são partículas com cargas positivas, os elétrons tem carga negativa e os nêutrons tem carga neutra.
3. CARGA ELÉTRICA
A carga elétrica é uma propriedade que está intimamente associada a certas partículas elementares que formam o átomo (prótons e elétrons). O modelo do sistema planetário é o modelo simples mais adotado para explicar como tais partículas se distribuem no átomo. De acordo com o modelo planetário, os prótons e nêutrons localizam-se no núcleo, já os elétrons estão em uma região denominada eletrosfera.
Através de experiências foi possível mostrar que prótons e elétrons têm comportamentos elétricos opostos. Por isso, convencionou-se que há duas espécies de cargas elétricas: a positiva, que tem comportamento igual ao do próton; e a negativa, que se comporta como a carga elétrica do nêutron. Os nêutrons não apresentam a citada propriedade física, isto é, os nêutrons não possuem carga elétrica.
No Sistema Internacional de Unidades (SI), a unidade de carga elétrica é o coulomb (C). O próton e o elétron, em módulo, possuem a mesma quantidade de carga elétrica. O valor da carga do próton e do elétron é denominado quantidade de carga elementar (e) e possui o valor de: e=1,6 .10-19 C
Como 1 C é uma quantidade de carga elétrica muito grande, é comum a utilização dos seus submúltiplos:
1 mC (milicoulomb)= 10-3  C
1 μC (microcoulomb)= 10-6  C
1 nC (nanocoulomb)= 10-9  C
A quantidade de carga elétrica total (Q) será sempre um múltiplo inteiro (n) vezes o valor da carga elementar (e). Essa quantidade de carga pode ser determinada através da seguinte expressão: Q=n.e
Geralmente quando um corpo qualquer apresenta o número de prótons igual ao de elétrons dizemos que esse corpo está eletricamente neutro, ou, o corpo possui carga total igual a zero. Portanto, quando o corpo apresenta número de prótons diferente do número de elétrons, dizemos que o corpo se encontra eletrizado, ou, o corpo apresenta carga elétrica diferente de zero. Sendo assim o corpo estará eletrizado quando perder ou receber elétrons.
Corpo neutro Np = Ne
Corpo positivo Np > Ne Cedeu elétrons 
Corpo negativo Np < Ne Recebeu elétrons
4. VETOR CAMPO ELÉTRICO
A definição de campo elétrico é um pouco extensa, para compreendê-la, podemos fazer uma comparação ao conceito de campo gravitacional. Embora não possamos vê-lo e nem tocá-lo, podemos constatar sua existência fazendo uso de um corpo de prova.
Imagine um ponto P situado em uma região onde há um campo elétrico. Inicialmente, nesse ponto, não existe nenhuma carga elétrica. Suponha agora colocar uma partícula eletrizada com carga q1, carga de prova, exatamente no ponto P. Sobre a partícula, passa a atuar uma força de intensidade elétrica ,. Caso a carga de prova seja trocada por outra q2, surge uma nova força elétrica na carga de prova, ou seja, surge a força elétrica .
As forças possuem a mesma direção, porém a força que age sobre a carga positiva tem um sentido e a força que atua sobre a carga negativa tem sentido contrário. Tanto experimentalmente como teoricamente, fazendo-se a razão entre a força atuante em cada partícula e o valor algébrico da carga onde ela atua, o resultado é sempre o mesmo.
Se a razão permanece constante, isso significa que ela não depende dos valores de  ou de q, constituindo um vetor característico daquele ponto do campo elétrico. Dessa forma, define-se vetor campo elétrico  em um ponto do espaço como a força elétrica por unidade de carga de prova ali colocada.
O vetor campo elétrico possui características peculiares.
Módulo de campo elétrico em um ponto P é dado pela equação acima.
Direção é o mesmo sentido da força elétrica .
Sentido é o mesmo da força elétrica se q > 0 e sentido contrario q < 0.
No Sistema Internacional de Unidades (SI), a unidade do campo elétrico é N/C (Newton/Coulomb).
5. DENSIDADE DE CARGA
A densidade de carga linear, superficial ou volumétrica é a quantidade de carga em uma linha reta, superfície ou volume, medida em Coulomb por metro (C/m).
Como existem cargas positivas e negativas, a densidade pode tomar também valores negativos, assim como qualquer densidade, dependendo da posição. A densidade de carga pode se referir a distribuição sobre o volume de uma partícula, átomo ou molécula. Sendo assim um cátion de lítio possui mais densidade de carga do que um cátion de sódio, pois o sódio possui raio atômico maior.
Integral de densidade de carga:
5.1. Densidade de carga homogênea
Para o caso de uma densidade de carga homogênea, que é independente da posição. Equação simplificada:
A prova é simples. Comece com a definição de carga de um volume qualquer:
Então, pela definição de homogeneidade, {\displaystyle \rho _{q}(\mathbf {r} )} é uma constante que será apresentada{\displaystyle \rho _{q,0}} para diferenciar entre a forma constante e não constante, e então, pela propriedade da integral, ela pode ser levada para fora da integração, resultando em.
O resultado mencionado acima para a densidade volumétrica de carga. As provas para a densidade linear e superficial são equivalentes e seguem os mesmos argumentos.
5.2. Cargas discretas
Se a carga em uma região consiste de {\displaystyle N} portadores cargas pontuais, tal como elétrons, a densidade de carga pode ser expressa pela função delta de Dirac. Por exemplo, a densidade volumétrica de carga é:
Aqui, {\displaystyle q_{i}} é a carga e {\displaystyle \mathbf {r} _{i}} a posição do i-ésimo portador de carga. Se todos portadores de carga possuir a mesma carga, então a densidade de carga pode ser expressa em função da densidade de portadores de cargas {\displaystyle n(\mathbf {r} )}: 
Novamente, as equações equivalentes para densidade de carga linear e superficial seguem diretamente das relações acima.
5.3. Densidade de carga quântica
Em mecânica quântica, densidade de carga é relacionado a função de onda {\displaystyle \psi (\mathbf {r} )} pela equação
quando a função de onda é normalizado como:
As equações envolvidas na resolução de problemas de densidade de cargas elétricas lineares aparecem na equação de continuidade que seguem das equações de Maxwell no eletromagnetismo. 
6. DIFERENÇA DE POTENCIAL
A diferença de potencial elétrico, também chamada de tensão elétrica, corresponde ao trabalho que deve ser feito sobre cada portador de carga para que ele seja movimentado por um circuito elétrico. A primeira lei de Ohm mostra que a ddp (U) pode ser determinada matematicamente como o produto da resistência (R) do material pela corrente elétrica (i).
U = R . i
Segundo o Sistema Internacional de Unidades (SI), a unidade de medida para ddp é o volt (V).
As tensões elétricas nas cidades brasileiras são de 110V ou 220V. Essa diferença gera algumas polêmicas relacionadas com o consumo de energia. Alguns dizem que a tensão de 110 V, por ser menor, consome menos energia; outros dizem que a tensão de 220 V,por ser maior, exige menos dos equipamentos e, por isso, gera mais economia.
O consumo de energia elétrica não está relacionado apenas com a ddp ou apenas com a corrente elétrica, mas, sim, com o produto dessas duas grandezas. A potência elétrica (P) é definida como a quantidade de energia consumida em função do tempo e é determinada matematicamente como o produto da ddp (U) pela corrente elétrica (i).
P = i . U
Para aparelhos elétricos de maior consumo, o ideal é que a rede elétrica seja de 220 V. Isso é necessário não para que o consumo seja diminuído, mas para que a rede elétrica ofereça maior segurança e que haja menor perda na transmissão de energia.
Imagine que em sua casa o chuveiro tenha potência elétrica de 5500 W. Se a tensão elétrica residencial for de 110 V, aplicando a equação para potencia elétrica, teríamos:
P = U . i
5500 = 110 . i
i = 50 A
Caso a ddp fosse 220 v, teríamos:
P = U . i
5500 = 220 . i
i = 25 A
Repare que, no uso da tensão de 220 V, a corrente elétrica foi menor. Isso possibilita a utilização de menor diâmetro, o que gera menos perda de energia elétrica. Todavia, lembre-se de que o consumo será exatamente o mesmo, pois ele depende da potência dos equipamentos. Veja:
P = U . i
P1 = 220. 25 = 5500 W
P2 = 110. 50 = 5500 W.
7. VETOR CAMPO MAGNÉTICO
No estudo de eletricidade vimos que quando colocamos uma carga de prova q em um ponto P numa região onde existe um campo elétrico , passa a atuar na carga de prova uma força de origem elétrica  exercida pelo campo elétrico. Dessa forma, o campo elétrico foi definido da seguinte forma:
Em que:
No SI, a unidade do vetor campo elétrico  é  N/C (newton/coulomb).
A carga de prova é uma partícula carregada eletricamente e com dimensões desprezíveis, além de ser utilizada para detectar se em determinado local há um campo elétrico. No entanto, no magnetismo, não se tem um carga magnetizada e a determinação do campo magnético  não se dá da mesma forma.
Assim, a definição do campo magnético parte da interação entre o campo magnético e uma carga de prova em movimento.
Observe que quando uma carga de prova q em movimento com velocidade  em um ponto P sofre ação de uma força  perpendicular a , associa-se a esse ponto um vetor campo magnético , o qual forma um ângulo θ com o vetor velocidade . Dessa forma, o campo magnético , em módulo, é definido como sendo:
Em que:
A unidade no SI de campo magnético  e, em homenagem ao físico Nikola Tesla, recebe o nome de tesla (T).
8. REGRA DA MÃO DIREITA
Como o campo magnético é uma grandeza vetorial, ele necessariamente tem um módulo, uma direção e um sentido. Dessa forma, o módulo é dado pela equação 2, e a direção e o sentido será dado pela regra da mão direita.
A regra da mão direita nos fornece as informações da seguinte forma:
O polegar indica o sentido da velocidade  da carga de prova;
Com a palma da mão estendida, os dedos indicam o sentido do vetor campo magnético  ;
Perpendicularmente à palma da mão, sai a força . Note que se a carga de prova for negativa, a força  tem sentido inverso.
Observe que a força  será sempre perpendicular ao plano formado por ​ e 
A partir da definição do campo magnético, pode-se tirar a expressão da força magnética:
Força Magnética:
F=qvB .sen θ
Equação 3: Força Magnética
Da equação 3, pode-se perceber que a força magnética terá seu valor máximo quando θ=90°, pois, assim, F=qvB, visto que sen 90°=1. Seu valor será mínimo quando θ=0° ou 180°, visto que sen 0°=sen 180°=0, o que implica uma força magnética nula F = 0 (isso ocorre quando a velocidade e o vetor campo magnético estiverem na mesma direção).
9. CONCLUSÃO
Qualquer tipo de matéria é formada por átomos. Estes são tão minúsculos que nenhum microscópio comum permite vê-los. Uma fileira de dez milhões de átomos não chega a medir um milímetro. Contudo, os átomos não são as menores partículas da matéria: eles próprios se compõem de partículas ainda menores, chamadas partículas subatômicas. No centro de todo átomo existe um conjunto formado por dois tipos de partículas: os prótons e os nêutrons. Esse conjunto de partículas é o núcleo do átomo. À volta deste núcleo, como se fossem satélites, giram os elétrons, partículas em movimento permanente. As trajetórias desses elétrons se organizam em camadas sucessivas chamadas órbitas eletrônicas.