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Carga elétrica

Física

A carga elétrica é uma propriedade intrínseca dos prótons e elétrons. Existem cargas de sinais positivo e negativo. Cargas de sinais diferentes tendem a atrair-se.
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Carga elétrica é uma propriedade da matéria, assim como a massa. A carga elétrica macroscópica de um corpo surge em razão da diferença entre o número de prótons e elétrons, nesse caso dizemos que o corpo encontra-se carregado ou eletrizado.

Por outro lado, quando a quantidade de elétrons e prótons for a mesma, dizemos que o corpo está neutro. Portanto, mesmo quando neutros, os corpos ainda apresentam cargas elétricas, entretanto, essas estão balanceadas.

A carga elétrica tem origem em partículas subatômicas: os prótons apresentam o menor valor de carga positiva, enquanto os elétrons apresentam o menor valor de carga negativa. Os nêutrons, por sua vez, são partículas eletricamente neutras.

Veja também: Conceitos básicos da Eletrostática

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Tipos de carga elétrica

Existem dois tipos de carga elétrica, as positivas e as negativas. Ambas são definidas exclusivamente por sinais algébricos, por convenção atribui-se à carga do elétron o sinal negativo e à carga do próton o sinal positivo.

Esses sinais, entretanto, são meramente arbitrários. Por exemplo: não haveria qualquer problema se, em algum momento, a carga dos elétrons passasse a ser descrita com o sinal positivo e a carga dos prótons tornasse-se negativa. O importante é que essas duas cargas atraem-se quando seu sinal é diferente, do contrário, elas tendem a repelir-se.

Mapa Mental: Carga Elétrica

*Para baixar o mapa mental em PDF, clique aqui!

Unidade de carga elétrica

A unidade de medida de carga elétrica é o Coulomb (C), como uma forma de homenagem ao físico francês Charles Augustin de Coulomb (1736-1806), responsável pela determinação da lei matemática que descreve a força de atração e repulsão entre cargas. Entretanto, a grandeza Coulomb não está listada como uma das grandezas fundamentais do sistema internacional de unidades.

De fato, ela se trata de uma grandeza derivada do Ampére e é utilizada para medidas de corrente elétrica. O Coulomb de carga elétrica é equivalente à quantidade de carga que é transportada por uma corrente elétrica de 1 ampere, durante o intervalo de tempo de 1 segundo. Portanto, dizemos que 1,0 C é equivalente a 1,0 A.

Veja também: Lei de Coulomb

Quantização

A carga elétrica é quantizada, isto é, o módulo de carga de um corpo é determinado por um múltiplo inteiro de uma quantidade de carga: a carga fundamental. A carga fundamental (e) é o menor valor de carga elétrica que existe na natureza, trata-se da carga que pode ser encontrada nos prótons e elétrons, seu módulo é de, aproximadamente, 1,6.10-19 C.

Como calcular

Com base no módulo da carga fundamental, é possível descobrir qual é a quantidade de elétrons em falta ou em excesso para que um corpo apresente certa carga elétrica, observe:

Q — carga elétrica total (C)

n — número de elétrons em falta ou em excesso

e — carga elétrica fundamental (1,6.10-19 C)

Usando a quantização das cargas elétricas, representada pela fórmula anterior, podemos calcular qual deve ser a quantidade de elétrons, em falta ou em excesso, necessária para produzir uma carga elétrica total de 1,0 C em um corpo:

O último resultado mostra que, para que um corpo fique carregado com 1,0 C, é necessário que sejam removidos 6,25.1018 elétrons de seus átomos. Logo, é fácil perceber que 1,0 C de carga elétrica trata-se de uma enorme quantidade dessa carga.

Devido às forças de atração e repulsão entre cargas elétricas, é natural que todos os corpos busquem o estado de eletrização de menor energia possível, ou seja, a maioria dos corpos que estão ao nosso redor está eletricamente neutra. Para que um corpo fique eletricamente carregado, é necessário que ele receba ou doe elétrons para as suas vizinhanças.

Além disso, não é possível eletrizar um corpo arrancando-lhe ou fornecendo-lhe prótons, uma vez que essas partículas são cerca de 1840 vezes mais massivas que os elétrons, além de encontrarem-se fortemente ligadas a outros prótons, no núcleo atômico. Portanto, para que um corpo receba ou doa elétrons, é necessário que ele sofra, pelo menos, algum dos três processos de eletrização: atrito, contato ou indução.

Veja também: O que é campo elétrico?

Como saber a carga elétrica de um átomo

Os átomos encontram-se geralmente neutros, e por isso a sua carga elétrica total é nula. No entanto, se os átomos forem ionizados, e tiverem seus elétrons arrancados, passarão a apresentar carga elétrica positiva, devido à sua carência de elétrons ou ao excesso de prótons.

Átomos carregados positivamente são chamados de cátions, enquanto os átomos que recebem elétrons, e tornam-se negativos, são chamados de ânions. Podemos determinar a carga elétrica do núcleo atômico ou da eletrosfera por meio do seu número atômico Z.

No exemplo a seguir, calculamos a carga elétrica de um núcleo de hélio (partícula α, Z = 2), que apresenta dois prótons e dois nêutrons:

Exercícios resolvidos

Questão 1) Durante um processo de eletrização, um corpo recebe uma quantidade de 2,0.1015 elétrons, tornando-se eletricamente carregado, com carga elétrica de:

a) 3,2.10-4 C

b) 1,6.10-18 C

c) 3,2.10-5 C

d) 0,32.10-5 C

e) 320.10-1 C

Gabarito: Letra A

Resolução:

Vamos usar a fórmula da quantização da carga elétrica, observe:

Após substituir os valores fornecidos pelo enunciado na fórmula, encontramos que a carga elétrica do corpo após a eletrização será de 3,2.10-4 C. Logo, a alternativa correta é a letra A.

Questão 2) Um corpo apresenta 1,2.103 elétrons a menos que prótons. Determine o sinal e o módulo da carga elétrica desse corpo.

a) Negativa, 0,92.10-13 C

b) Positiva, 1,92.10-13 C

c) Negativa, 1,92.10-16 C

d) Positiva, 1,92.10-16 C

e) Negativa, 1,6.10-14 C

Gabarito: Letra D

Resolução:

Para calcularmos a carga elétrica desse corpo, basta levarmos em conta a diferença entre o número de prótons e elétrons, observe:

Como explicado no enunciado, o corpo tem mais prótons que elétrons, por isso, sua carga será positiva.

Questão 3) Determine qual é a quantidade de elétrons que precisam ser retirados de um corpo para que sua carga elétrica seja de 6,4 C.

a) 4,0.1015 elétrons

b) 4,0.1019 elétrons

c) 2,5.1018 elétrons

d) 3,5.1021 elétrons

e) 1,6.1012 elétrons

Gabarito: Letra B

Resolução:

O exercício pede que encontremos o número de elétrons, logo, faremos o seguinte cálculo:

Com base na resolução do exercício, descobrimos que é necessário que se remova 4,0.1019 elétrons de um corpo, para que sua carga elétrica seja de 6,4 C.

 

 

Por  Me. Rafael Helerbrock

Os átomos são formados tanto por cargas positivas (prótons) quanto por cargas negativas (elétrons).
Os átomos são formados tanto por cargas positivas (prótons) quanto por cargas negativas (elétrons).

Gostaria de fazer a referência deste texto em um trabalho escolar ou acadêmico? Veja:

HELERBROCK, Rafael. "Carga elétrica"; Brasil Escola. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/carga-eletrica.htm. Acesso em 13 de dezembro de 2019.

Assista às nossas videoaulas
Lista de Exercícios
Questão 1

(FGV) Deseja-se eletrizar um objeto metálico, inicialmente neutro, pelos processos de eletrização conhecidos, e obter uma quantidade de carga negativa de 3,2 μC. Sabendo-se que a carga elementar vale 1,6 . 10–19 C, para se conseguir a eletrização desejada, será preciso

a) retirar do objeto 20 trilhões de prótons.

b) retirar do objeto 20 trilhões de elétrons.

c) acrescentar ao objeto 20 trilhões de elétrons.

d) acrescentar ao objeto cerca de 51 trilhões de elétrons.

e) retirar do objeto cerca de 51 trilhões de prótons.

Questão 2

(FMJ-SP) O cobalto é um elemento químico muito utilizado na medicina, principalmente em radioterapia. Seu número atômico é 27 e cada elétron tem carga elétrica de –1,6 . 10–19 C. A carga elétrica total dos elétrons de um átomo de cobalto é, em valor absoluto e em C, igual a

a) 1,68 . 10–18.

b) 4,32 . 10–19.

c) 4,32 . 10–20.

d) 4,32 . 10–18.

e) 1,68 . 10–19.

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