Carga

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]

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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.

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

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