Carga

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Referência : Ferreira, M., (2015) Carga, Rev. Ciência Elem., V3(2):117
Autor: Miguel Ferreira
Editor: Joaquim Agostinho Moreira
DOI: [http://doi.org/10.24927/rce2015.117]


A carga eléctrica é uma propriedade da matéria responsável pelas interacções electromagnéticas.

Na Antiguidade, a interacção electrostática já era conhecida e foi observada quando vidro e âmbar friccionados com tecidos atraíam e repeliam pequenos corpos [1]. No século XVII, atribuíu-se um nome a esta propriedade: "electricus" que significa "como o âmbar" - que deriva da palavra grega para âmbar: "elektron" - e que está na origem da palavra "electricidade" [2]. Verifica-se experimentalmente que o vidro atrai o que o âmbar repele, e vice-versa. Baseados nesta diferença, cientistas no século XVIII chamaram positiva à electricidade do vidro e negativa à do âmbar [3]. Esta foi uma convenção arbitrária.

As repulsões e atracções eléctricas entre corpos devem-se à existência de forças entre eles, que são provocadas pela electricidade dos corpos. A intensidade das interacções é proporcional à quantidade de electricidade que o corpo possiu, uma vez electrizado. Para quantificar a quantidade de electricidade, definiu-se o conceito de carga. A carga eléctrica de qualquer objecto é definida por comparação com um corpo padrão cuja quantidade de carga eléctrica tinha sido definida como unitária.

Definição operacional de carga
Para se determinar o valor de q_{teste}, toma-se Q como carga de referência relativamente à qual se medem as forças provocadas pela carga de teste e pela carga unitária. O valor numérico da carga de teste é determinado a partir da seguinte igualdade: \frac{q_{teste}}{q_{unit}} = \frac{F_1}{F_2}, em que F_1 e F_2 são os módulos das forças exercidas por Q em q_{teste} e q_{unit} respectivamente.

A nivel microscópico, a matéria é constituída por átomos que, por sua vez, possuem electrões e um núcleo. O núcleo é constituido por protões e neutrões. Os electrões e protões possuem carga eléctrica e, num átomo, uma vez que o número dessas partículas é igual, a carga total é nula. Contudo, se existir um excesso de um tipo dessas partículas, o átomo apresenta carga total não-nula. A experiência mostra que os iões apresentam carga que é múltiplo inteiro de uma quantidade elementar, designada por carga elementar e. Por convenção, a carga de um protão é igual a +e, enquanto que a de um electrão é -e. A natureza quantificada da carga eléctrica foi evidenciada experimentalmente por Faraday nos seus estudos sobre a electrólise [4], e posteriormente confirmada pela experiência da gota de óleo de Millikan [5].

Na matéria electricamente neutra, o número de protões e de electrões é igual. Contudo, é possível electrificar a matéria. Um sólido pode ser electrizado utilizando processos que permitam introduzir ou retirar electrões dos seus átomos. Esses processos são a fricção, o contacto e a indução.

A experiência mostra que num sistema fechado, a carga total conserva-se. Assim, em qualquer processo de electrização, se um corpo adquire uma quantidade de carga, o outro adquire uma quantidade de carga simétrica. A conservação da carga verifica-se em todas as reacções químicas e nucleares, assim como nos processos de criação ou aniquilação de pares.

No Sistema Internacional de Unidades (SI), a carga exprime-se em coulomb (abreviatura C), e equivale aproximadamente a 6.241509647 \times 10^{18} e [6]. Contudo, a unidade SI de carga não é uma grandeza de base, e o coulomb é definido à custa de duas grandezas fundamentais: a intensidade de corrente e o tempo: 1 C é a quantidade de carga eléctrica transportada por uma corrente eléctrica estacionária de intensidade 1 A durante 1 s.

Referências

[1] Seeman, Bernard and Barry, James E. "The Story of Electricity and Magnetism", Harvey House, 1967

[2] Baigrie, B. "Electricity and Magnetism: A Historical Prespective", Greenwood Press, 2006

[3] "Electricity, its History and Progress", The Encyclopedia Americana - a library of universal knowledge, vol. X, Encyclopedia Americana Corp, 1918.

[4] Faraday, M. "Experimental Researches in Electricity" (1844-1855)

[5] Millikan, R.A., (1913). "On the Elementary Electric Charge and Avogadro Constant". Phys. Rev. 2(2), 109-143.

[6] CODATA Recommended Values of the Fundamental Physical Constants, 2006



Criada em 11 de Setembro de 2010
Revista em 05 de Novembro de 2010
Aceite pelo editor em 05 de Novembro de 2010