Exercícios sobre eletrostática em Física

Carga Elementar

Através de diversas experiências, foi determinado que a carga de elementar, que seria o valor da carga de um único próton ou elétron, tendo como valor:

Sendo negativo para os elétrons (e = -1,6x10^-19 C) e a carga do próton é (e = +1,6x10^-19 C).

Obs: A unidade utilizada, no SI, é Coulomb, representado por C.

Como um corpo não pode ter “meio elétron” ou qualquer outra fração de elétron, a quantidade de carga em um corpo é dada pela relação:

Q = n.e

Onde o n é um número inteiro, que represenra o número de elétrons de corpo e e é a carga elétrica elementar.

Quando dizemos que um corpo está eletricamente carregado, quer dizer que ele está com excesso de elétrons ou a falta deles. Quando um corpo tem excesso de elétrons, ele apresenta valor de carga negativo. Quando um corpo tem falta de elétrons, ele apresenta valor de carga positiva. Mas é o próton? Como o próton está presente dentro do núcleo, não conseguimos alterar a quantidade de prótons existentes em um átomo (nem aconselhamos tentar...)

Interação entre cargas

Digamos que você tenha um corpo eletricamente carregado. Quando você expõe esse corpo a um outro corpo eletricamente carregado, pode se observar uma interação. É bem simples, cargas de sinais opostos se atraem e sinais iguais se repelem.

Figura 01 - Interação entre cargas

Processos de Eletrização

Existem três tipos de eletrização: por atrito, contato e indução.

• Eletrização por atrito: Ocorre quando atritamos (ou esfregar) dois corpos, inicialmente neutros, e haverá transferência de elétrons de um corpo para o outro. Dessa maneira, quem perdeu os elétrons ficará eletrizado positivamente e quem ganhou ficará negativamente. 

Figura 02 - Eletrização po atrito

• Eletrização por contato: Considere duas esferas, uma carregada negativamente e outra neutra. A que está carregada possui um potencial maior, logo, como tudo na natureza tende a entrar em equilíbrio, quando encostamos uma na outra, as cargas de quem tem maior potencial passam para a que tem menor potencial.  Aqui não é necessário atritar um corpo com o outro, apenas um simples toque já basta para que haja a interação elétrica. Mas lembre-se que um dos corpos deve, obrigatoriamente, estar carregado positivamente ou negativamente e que a carga final dos corpos será a média aritmética entre as cargas iniciais deles.

Figura 03 - Eletrização por contato

• Eletrização por indução: Ao aproximarmos uma esfera carregada de uma neutra (sem haver contato entre elas), as cargas, naturalmente, se separam, devido a cargas de sinais iguais se repelirem e de opostos se atraírem. Se ligarmos um condutor na esfera B até a Terra, as cargas negativas, que foram repelidas, escoarão até a Terra, deixando a esfera B carregada positivamente.

Figura 04 - Eletrização por contato

Força Elétrica

Imagine que você tenha uma carga elétrica pontual (isso quer dizer que ela tem forma de ponto) e aproxima dessa carga uma outra carga elétrica pontual. Ao aproximar você produzira uma força de atração ou repulsão entre essas cargas. A força ser atrativa ou repulsiva depende da natureza das cargas.

Caso as cargas apresentem o mesmo sinal, a força elétrica será de repulsão. Cargas de mesmo sinal podem ser “+ com +” ou “- com -”.

Caso as cargas apresentem sinais opostos, a força elétrica será de atração.

Fómula da Força Elétrica

O esquema anterior na ajuda na descrição do vetor força elétrica, dando direção e sentido. Mas ele não fornece módulo. Para calcular o módulo da força elétrica, você utiliza a seguinte expressão:

Sendo:

• K - a constante eletrostática do meio. Normalmente, as questões utilizam o vácuo. O valor do K do vácuo é: K = 9 . 10^9 Nm²/C²
• Q1 e Q2 - são os valores da primeira e segunda carga, respectivamente, em módulo.
• d - a distância entre essas duas cargas.

Obs: As forças de atração e repulsão formam par ação-repulsão.