Carga Elétrica

Carga elétrica (AO 1945: carga eléctrica) é uma propriedade física fundamental que determina as interações eletromagnéticas. Esta carga está armazenada em grande quantidade nos corpos ao nosso redor, mas a percepção dela não ocorre facilmente. Convenciona-se a existência de dois tipos de carga, a positiva e a negativa, que, em equilíbrio, são imperceptíveis. Quando há tal igualdade ou equilíbrio de cargas num corpo, diz-se que está eletricamente neutro, ou seja, está sem nenhuma carga líquida para interagir com outros corpos. Um corpo está carregado eletricamente quando possui uma pequena quantidade de carga desequilibrada ou carga líquida. Objetos carregados eletricamente interagem exercendo forças, de atração ou repulsão, uns sobre os outros. A unidade de medida da grandeza carga elétrica no Sistema Internacional de Unidades é o coulomb, representado por C, que recebeu este nome em homenagem ao físico francês Charles Augustin de Coulomb.[1]

Entre partículas elétricas existem forças gravitacionais de atração devido às suas massas e forças elétricas devidas às suas cargas elétricas. Nesse caso, as forças gravitacionais podem ser desprezadas, visto que a massa de uma partícula é ínfima. A força gravitacional só é perceptível quando há a interação entre corpo de massas de grandes proporções, como a Terra e a Lua, por exemplo.

Os átomos são constituídos por prótons, elétrons e nêutrons. Os prótons e os elétrons possuem cargas elétricas iguais em módulo, enquanto que os nêutrons e os fótons são eletricamente neutros. Por mera convenção define-se que os prótons possuem uma carga elétrica elementar de uma unidade positiva, representada por +e, e também que os elétrons têm uma carga elétrica negativa, expressa por -e.

Quantização da carga. Nas colisões entre partículas a altas energias são produzidas muitas outras novas partículas, diferentes dos eletrões, protões e neutrões. Todas as partículas observadas têm sempre uma carga que é um múltiplo inteiro da carga elementar {\displaystyle e=1.602\times 10^{-19}C} Assim, a carga de qualquer objeto é sempre um múltiplo inteiro da carga elementar.

Nas experiências de eletrostática, as cargas produzidas são normalmente equivalentes a um número muito elevado de cargas elementares. Por tanto, nesse caso é uma boa aproximação admitir que a carga varia continuamente e não de forma discreta.

Conservação da carga. Em qualquer processo, a carga total inicial é igual à carga total final. Nos casos dos fenómenos em que existe transferência de eletrões entre os átomos, a conservação de carga é evidente. Mas nos casos de criação de novas partículas não teria que ser assim, de facto em todos os processos observados nos raios cósmicos, e nos aceleradores de partículas, existe sempre conservação da carga, ou seja, sempre que uma nova partícula é criada, é também criada uma outra partícula com carga simétrica.

Carga por indução

Procedimento usado para carregar dois condutores com cargas iguais mas de sinais opostos.

Um método usado para carregar dois condutores isolados, ficando com cargas idênticas mas de sinais opostos, é o método de carga por indução ilustrado na figura. Os dois condutores isolados são colocados em contato. A seguir aproxima-se um objeto carregado, como se mostra na figura abaixo. O campo elétrico produzido pelo objeto carregado induz uma carga de sinal oposto no condutor que estiver mais próximo, e uma carga do mesmo sinal no condutor que estiver mais afastado. [4]

A seguir, separam-se os dois condutores mantendo o objeto carregado na mesma posição. Finalmente, retira-se o objeto carregado, ficando os dois condutores carregados com cargas opostas; em cada condutor as cargas distribuem-se pela superfície, devido à repulsão entre elas, mas as cargas dos dois condutores já não podem recombinar-se por não existir contato entre eles.

Na máquina de Wimshurst, usa-se esse método para separar cargas de sinais opostos. Os condutores que entram em contato são duas pequenas lâminas metálicas diametralmente opostas sobre um disco isolador, quando passam por duas escovas metálicas ligadas a uma barra metálica.[4]

As duas lâminas permanecem em contato apenas por alguns instantes, devido a que o disco roda. Se no momento em que duas das lâminas de um disco entram em contato uma lâmina do disco oposto estiver carregada, essa carga induzirá cargas de sinais opostos nas duas lâminas que entraram em contato. Essas cargas opostas induzidas em duas regiões do disco induzem também cargas no disco oposto, porque nesse disco também há uma barra que liga temporariamente as lâminas diametralmente opostas.

Em cada disco, após induzirem cargas no disco oposto, as cargas saltam para dois coletores ligados a duas garrafas metálicas; uma das garrafas armazena carga positiva e a outra carga negativa. Quando as cargas acumuladas nas garrafas forem elevadas produz-se uma descarga elétrica entre as pontas de duas barras ligadas às garrafas, ficando descarregadas. Essa descarga elétrica é um pequeno trovão com uma faísca bastante luminosa.[4]

Os dois discos rodam em sentidos opostos e as duas barras que estabelecem o contato em cada disco e os dois coletores estão colocados de forma a que na rotação de cada lâmina no disco, primeiro seja induzida uma carga que a seguir induz carga oposta no disco oposto e logo passe para o coletor, ficando descarregada e pronta para iniciar outro ciclo.

A cada ciclo as cargas induzidas aumentam, porque cada lâmina é induzida pelas cargas de várias lâminas no disco oposto. Para iniciar o processo basta com que uma das lâminas tenha acumulado alguma pequena carga por contato com outro corpo como, por exemplo, o ar à volta. A localização inicial dessa lâmina com carga determinará qual das garrafas acumula carga positiva e qual negativa.[4]