Revisão sobre partículas atômicas, carga elétrica fundamental

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UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
CAMPUS CORNÉLIO PROCÓPIO
ENGENHARIA DE COMPUTAÇÃO
Análise de Circuitos Elétricos
UMA REVISÃO SOBRE PARTÍCULAS FUNDAMENTAIS, CARGA ELEMENTAR E
QUANTIDADE DE CARGA ELÉTRICA
Anderson Makoto Shinoda
Matheus Pereira dos Santos
Rodrigo Prado Dalla Dea
Cornélio Procópio, PR
Agosto de 2017
Sumário
Resumo.......................................................................................................................................................3
Introdução..................................................................................................................................................3
Partículas fundamentais.............................................................................................................................6
 Elétron..................................................................................................................................................6
 Próton...................................................................................................................................................6
 Nêutron.................................................................................................................................................6
Carga elementar.........................................................................................................................................6
Quantidade de carga elétrica......................................................................................................................7
Referências.................................................................................................................................................8
Resumo
Este trabalho visa apresentar os conceitos fundamentais por trás do estudo da eletricidade bem
como das áreas de estudo que são derivadas desta. Os detalhes sobre o comportamento quântico dos
elétrons e de outras partículas atômicas não serão abordados, a afim de tornar o texto mais didático
para o leitor.
Introdução
Desde a Grécia antiga o homem questiona a composição da matéria e como o universo foi
formado. Segundo os historiadores o filósofo grego Demócrito, 460 a.C demonstrou interesse em saber
como as coisas são constituídas, para isso ele deduziu que havia pequenas partículas indivisíveis que
formavam as coisas. Para essas partículas ele cunhou o termo “átomo”, que significa indivisível. O
átomo de Demócrito possuíam formas geométricas, eles eram diferentes entre si, assim os átomos que
formavam a água eram diferentes dos que formavam a areia por exemplo. Ainda haviam os átomos que
formavam a alma humana.
O interesse em saber mais sobre a composição da matéria persistiu e em 1808 o cientista John
Dalton elaborou sua teoria a respeito da matéria, a Teoria Atômica de Dalton, que foi baseada nas leis
ponderais de Lavoisier. Segundo Dalton: Os átomos são partículas extremamente pequenas que formam
a matéria, eles são maciços e esféricos; Elementos diferentes são constituídos por átomos com
propriedades diferentes; As reações químicas são rearranjos de átomos.
Figura 1: O
modelo atômico
de Dalton se
assemelha com
uma bola de
bilhar.
No final do século XIX o inglês Joseph John Thomson realizou experimentos com raios
catódicos. Nesse experimento as partículas negativas eram atraídas por um campo elétrico externo. As
partículas negativas foram denominadas de elétrons. Para Thomson o átomo então era uma esfera com
carga positiva onde os elétrons de carga negativa ficavam espalhados, configurando um equilíbrio
elétrico.
No início do século XX o físico Ernest Rutherford bombardeou uma lâmina de ouro com 10⁻⁵
cm de espessura com partículas α. O experimento revelou que a maioria das partículas conseguiam
passar a lâmina enquanto que outras sofriam um desvio e algumas não passavam. Ele deduziu assim
que os átomos de ouro eram compostos principalmente por espaço vazio. As partículas α de carga
positiva sofriam repulsão do núcleo do átomo, que também seria positivo. Dessa forma o modelo de
Rutherford põe o átomo como um sistema com órbitas, onde se localizam os elétrons e o núcleo, de
carga positiva, e entre eles há um imenso espaço vazio.
Figura 2: Os raios no
tubo são atraídos pelo
ânodo pois são
constituídos de
partículas com cerga
negativa, os elétrons.
Figura 3: O
modelo atômico
de Thomson.
O modelo de Rutherford contrariava a física clássica, pois segundo as leias físicas os elétrons
perderiam energia e “cairiam” no núcleo, impedindo a existência do átomo. Baseado na teoria quântica
de Max Plank o físico dinamarquês Niels Bohr melhorou o modelo atômico e descreveu os seguintes
postulados:
1- Os elétrons orbitam o núcleo com energia constante e determinada. Cada órbita permitida
para os elétrons possui uma energia diferente.
2- Os elétrons não absorvem nem emitem energia no seu movimento em sua camada.
3- Ao receber energia o elétron tende a mudar de camada, causando uma instabilidade. O
elétron então tende a voltar e perder a energia que foi recebida. A energia é liberada em forma de luz ou
calor.
Figura 4: No modelo de
Rutherford os elétrons estão
orbitando o núcleo do
átomo, que tem carga
elétrica positiva.
Mesmo assim ainda há coisas a explicar no modelo atômico de Bohr. Porém é inegável a
contribuição científica que todos estes modelos tiveram. O átomo e as partículas fundamentais ainda
são estudadas e constituem um campo desafiador da física.
Partículas fundamentais
Os modelos atômicos evoluíram bastante, hoje os cientistas possuem um modelo chamado
Modelo Padrão. Essa teoria é derivada de diversos estudos e pesquisas, tanto práticas como teóricos. A
seguir será descrito as principais e mais conhecidas partículas fundamentais que formam a matéria.
Elétron
O elétron é a partícula fundamental mais conhecida. Como já foi dito a sua existência foi
comprovada durante as pesquisas de Thomson com raios catódicos. Até então o elétron é considerado
indivisível. Apresenta comportamento corpuscular em alguma situações e ondulatório em outras. A sua
massa é de cerca de 9.11×10 ³¹ kg. Ele apresenta carga elétrica, que foi adotada por convenção como⁻
sendo negativa, de módulo aproximadamente 1,602x10 ¹ C.⁻ ⁹
Próton
A existência do próton foi confirmada em 1919 por Rutherford. O próton é o núcleo do átomo
de hidrogênio. Por convenção a sua carga elétrica é positiva, e tem módulo igual ao do elétron. A sua
massa é de 1,6726x10 ² Kg, maior que a do elétron. Constitui o núcleo dos átomos, o número de⁻ ⁷
prótons presentes no núcleo atômico é que diferencia o elemento químico.
Figura 5: Modelo atômico
de Bohr.
Nêutron
A descoberta do nêutron é creditada à Chadwick, em 1932. Ela é uma partícula que não possui
carga elétrica, não sofre desvios em sua trajetória ao ser submetida à um campo elétrico, é neutra. O
nêutron é a partícula mais pesada conhecida, com 1,675x10 ² kg, um pouco mais que o átomo. Ele⁻ ⁷
está presente na constituição do núcleo dos átomos e impede que os prótons sofram repulsão entre si,
desfazendo o núcleo atômico.
Carga elementar
Todas as partículas que conhecemos são formadas por moléculas, essas moléculas são formadas
por átomos e os átomos são compostos por três tipos de partículas elementares: prótons, nêutrons e
elétrons. Se pudéssemos separar os prótons, nêutrons e elétrons de um átomo, e aproximá-los a um ímã,
os prótons seriam atraídos para um lado, os elétrons para o lado oposto e os nêutrons não seriam
afetados.
Isso acorre porque cada uma das partículas tem uma propriedade chamada carga elétrica. Os
prótons possuem carga positiva, os elétrons negativa e os nêutrons possuem carga neutra.
A carga do próton e do elétron tem valores iguais, porém com sinais opostos, e o valor dessa
carga é chamadode carga elétrica elementar e simbolizado por e, sendo sua unidade de medida o
coulomb (C). Essa carga elétrica elementar é a menor quantidade de energia encontrada na natureza e
comparando este valor com coulomb temos:
Quantidade de carga elétrica
Temos que a carga elétrica do próton é igual à carga elétrica do elétron, assim quando se fala da
carga de um ou a carga de outro, está se referindo ao sinal dela.
A carga elétrica é representada pela letra q:
q = + n.e → corpos eletrizados positivamente (falta de elétrons)
q = - n.e → corpos eletrizados negativamente (excesso de elétrons)
O ‘n’ representa a quantidade de elétrons em excesso ou em falta e ‘e’ representa a carga
elementar. A unidade coulomb é a unidade de medida da carga elétrica. Ela é definida partindo do
conhecimento de densidades de corrente elétrica, medida em ampere (A). Um coulomb é definido
como a quantidade de carga elétrica que atravessa em um segundo a seção transversal de um condutor
percorrido por uma corrente igual a 1 ampere.
Referências
As Partículas Fundamentais. E-Física. Disponível em:
<http://efisica.if.usp.br/moderna/materia/particulas-fundamentais/>. Acesso em: 14 ago. 2017.
Eletrostática. Só Fisica. Disponível em:
<http://www.sofisica.com.br/conteudos/Eletromagnetismo/Eletrostatica/cargas.php>. Acesso em: 15
ago. 2017.
 
Quantitade de eletricidade e a carga elétrica elementar. Portal Educação. Disponível em:
<https://www.portaleducacao.com.br/conteudo/artigos/pedagogia/quantidade-de-eletricidade-e-a-carga-
eletrica-elementar/63178/>. Acesso em: 15 ago. 2017.
Saiba tudo sobre Demócrito. Estudo Prático. Disponível em:
<https://www.estudopratico.com.br/democrito-biografia-pensamentos-e-suas-obras/>. Acesso em: 15
ago. 2017.
	Resumo
	Introdução
	Partículas fundamentais
	Elétron
	Próton
	Nêutron
	Carga elementar
	Quantidade de carga elétrica
	Referências