Aula 01 - Carga Elétrica

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Carga Elétrica
Prof. Fernando G. Pilotto
UERGS
O que veremos nesta área?
• Cap. 21: cargas elétricas
– Eletricidade estática
– Lei de Coulomb
• Cap. 22: campos elétricos
– Conceito de campo vetorial
– Aplicação da lei de Coulomb a distribuições 
contínuas de carga
• Cap. 23: lei de Gauss
– Fluxo de um campo
– Lei de Gauss
O que veremos nesta aula?
• Propriedades das cargas elétricas
• Eletricidade estática
• Condutores e isolantes
• Lei de Coulomb
Carga elétrica
• A carga elétrica é uma propriedade 
intrínseca das partículas fundamentais de 
que é feita a matéria.
• Cada partícula tem uma carga diferente.
• No dia-a-dia, a partícula fundamental que 
interessa é o elétron.
Eletricidade estática
• Os elétrons ligam-se aos átomos através de 
energias muito pequenas (10–19 J).
• Quando um material é esfregado em outro, 
essas ligações se rompem e pode haver 
acúmulo de elétrons num dos objetos.
• Depois que os objetos são separados, não há 
mais fluxo de elétrons; a eletricidade fica 
“parada”, ou melhor, fica estática.
Exemplos
• Estalos em roupas no inverno
• Relâmpagos
• Choque quando tocamos no carro
• Quando passamos muito o pente no 
cabelo, ele arrepia
• Quando colocamos o braço perto da tela 
de tv antiga, os cabelos arrepiam
• Em tempo úmido, não há problemas...
• Na Grécia Antiga, o material mais 
conhecido que gerava eletricidade estática 
era o âmbar, uma resina petrificada de um 
pinheiro
• Em grego, âmbar = electron
• Pelo atrito, os elétrons 
passam de um material 
para o outro
• Uma máquina eletrostática simples, 
usada antigamente para gerar grandes 
voltagens
• Fenômenos diários com eletricidade 
estática acontecem principalmente com 
materiais isolantes
• Isolante: as cargas não têm mobilidade
• Condutor: as cargas podem se mover
Aplicações 
• Depois que um avião aterrissa, a primeira coisa que se 
faz é o aterramento, ou seja, o descarregamento de 
cargas elétricas (a voltagem pode ultrapassar 250 kV)
• Em eletrônica, muitos são os danos causados pela 
eletricidade estática em componentes sensíveis, como 
placas-mãe de computadores, módulos de memória, etc.
• Nos automóveis também ocorre a eletrização, quando 
se viaja a grandes velocidades ao ar seco. Há relatos de 
acidentes com incêndios em postos de abastecimento 
causados por faísca devidas a descargas eletrostáticas 
durante o manuseio da bomba de combustível.
Propriedades das cargas elétricas
• Ao acumular cargas elétricas em objetos, 
os cientistas descobriram várias 
propriedades delas
1) Existem dois tipos de cargas elétricas: 
positiva e negativa (o sinal da carga é 
apenas uma convenção criada por 
Benjamin Franklin)
2) Cargas iguais se repelem
3) Cargas opostas se atraem
• Atualmente sabe-se que, em condutores 
metálicos, a carga é transportada pelos 
elétrons
• Em semicondutores, a carga também é 
transportada por “buracos”
• As cargas do elétron e do próton são 
iguais em módulo (por isso, átomos são 
neutros)
Exemplo: indução de carga elétrica
• Um bastão de plástico (isolante) é aproximado 
de um bastão de cobre (condutor)
• Os elétrons de uma extremidade são repelidos 
pela carga no bastão de plástico
• O bastão de cobre continua 
neutro como um todo (pois está 
isolado), mas tem cargas 
induzidas
• O cobre é atraído pelo plástico
Lei de Coulomb
• A força eletrostática entre duas cargas 
pontuais é dada (em módulo) por
• Essa lei foi descoberta em 1785 
• A unidade padrão de carga é o Coulomb (C)
2
21
0
2
21
4
1
r
qq
r
qqkF
piε
==
229 /1099,8 CmNk ⋅×= 22120 /1085,8 mNC ⋅×= −ε
constante de permissividadeconstante eletrostática
A força é um vetor...
• Força exercida pela carga 2 sobre a carga 1
• : vetor unitário que tem origem na 
partícula 2 e fim na partícula 1
122
21
0
122
21
12 ˆ
4
1
ˆ r
r
qq
r
r
qqkF
piε
==
12rˆ
2
1
12r
Atração e repulsão
• Se as cargas são iguais, 
então e a força 
tem a mesma direção de 
• Se as cargas são 
opostas, e a força 
tem a direção oposta a 
de 
021 >qq
12r 2
1
12r
12F
021 <qq
12r 2
1
12r
12F
Princípio de superposição
• Quando várias partículas carregadas 
estão presentes, a força que atua sobre 
uma delas é a soma de todas as forças
• : força que a partícula 2 exerce sobre a 
partícula 1
• : força total que atua sobre a partícula 1
12F
nFFFFF 11413121 ++++= L
1F
Atenção: a soma 
é vetorial...
Quantização da carga
• As primeiras noções sobre eletricidade a 
consideravam um fluido
• Atualmente sabe-se que a carga é 
transportada por partículas e que cada 
partícula tem uma carga específica
• A carga de qualquer partícula é múltiplo 
de uma carga fundamental
neq = Ce
19106,1 −×=
K,3,2,1 ±±±=n
A carga é conservada
• Em qualquer fenômeno que ocorra na 
Natureza, a carga sempre é conservada, 
sem exceção