A Carga elétrica é a propriedade da matéria que gera força elétrica; assim como a massa é a propriedade da matéria que gera força gravitacional.

• Unidade de medida: Coulomb (\(C\))

• Carga elementar
  • Menor unidade de carga
  • \(e=1,6\times 10 ^{-19} \, C\)
• Constituíntes básicos da matéria (matéria ordinária)

Partícula	Massa (kg)	Carga elétrica (C)	Múltiplos da carga elementar
Próton	\(1,7\times10^{-27}\)	\(1,6\times 10^{-19}\)	\(+e\)
Nêutron	\(1,7\times10^{-27}\)	0 (neutra)	0 (neutra)
elétron	\(9,1 \times 10^{-31}\)	\(- 1,6\times 10^{-19}\)	\(-e\)

• Átomos
  • Partículas básicas podem se agrupar formando átomos
  • Cada átomo (caracterizado pelo número de prótons) é denomidado um elemento químico.
  • Prótons e neutrons constituem o núcleo, elétrons se movimentam em órbitas bem definidas.
  • Elétrons de valência (mas afastados do núcleo) são os responsáveis pela eletrização dos objetos macroscópicos, bem como pela condução de eletricidade.
• Moléculas
  • Definição: Conjunto de átomos ligados químicamente

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• Condutores
  • Exemplos:
    • Metais: estrutura cristalina de átomos, onde os eletrons de valência possuem certa mobilidade no meio.
    • Soluções iônicas
      • Água comum, pois possui sais minerais dissolvidos
        • nesse caso os íons são responsáveis pela condução
        • ex.: \( NaCl \rightarrow Na⁺ + Cl⁻ \)
• Isolantes
  • Água pura (\(H_2O\)), vidro (\(SiO_2\)), borracha.
    • Os elétrons estão localizados nas ligações covalentes, e por isso, não possuem mobilidade como nos metais.
• Supercondutores

• Semicondutores

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• Eletrização por atrito

  Quando atritamos dois corpos, há uma troca de elétrons, um corpo ganha e o outro perde. Assim, um corpo fica com uma carga elétrica negativa e, e o outro, positiva.

• Exemplos:
  • Atrito entre caneta e cabelo (experimento realizado em sala)
  • Correia e rolete isolante no Gerador de Van de Graff

• Eletrização por contato Quando um objeto eletrizado toca um objeto neutro, carregando-o.

Importante: quando um objeto condutor é eletrizado, a carga elétrica em exesso se equilibra de forma uniforme na sua superfície. por que?

• Eletrização por indução

  Nesse processo, um corpo nele é eletrizado sem que seja colocado em contato com um corpo eletrizado. Primeiro é induzido uma polarização das cargas no corpo neutro, que depois é aterrado, neutralizando um dos lados.

  • exemplo: Eletroscópio

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A força elétrica é gerada pela carga elétrica. Assim, dois corpos eletrizados exercem, entre si, uma força, que pode ser de atração ou repulsão.

A carga elétrica é caracterizada por um sinal (positivo ou negativo) de modo que, cargas de mesmo sinal se repelem e cargas de sinais opóstos se atraem.

A intensidade da força é dada pela Lei de Coulomb:

A força é proporcional ao produto das cargas, e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre os corpos.

Em equação:

\begin{equation} F = k\frac{q_1 q_2}{d^2} \end{equation}

onde \(q_1\) e \(q_2\) são, respectivamente, as cargas dos corpos 1 e 2, \(d\) é a distância entre os corpos, e k é a constante de Coulomb

\begin{equation} k=9,0\times 10^{9} \, N\cdot m^2 \cdot C^{-2} \end{equation}

Essa lei é análoga à Lei da Gravitação Universal de Newton .

Questões de revisão: Força elétrica

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O potencial elétrico (\(U\)) em um ponto é a energia potencial por carga que teria uma carga positiva naquele ponto. Assim, em termos matemáticos, ela pode ser atribuido como a energia por carga

\[ U = \frac{E}{Q}\]

A unidade de medida padrão para o potencial elétrico é o Volt (\( V\)) que significa Joule (\(J\)) por segundo. Em síbolos:

\[ V = \frac{J}{C}\]

O potencial elétrico está relacionado à tensão elétrica e à diferênça de potencial elétrica, todas essas grandezas medidas em volts. Apesar de serem grandezas relativamente diferentes, para fins didáticos, aqui iremos considerá-las sinônimos.

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unidade	símbolo	"definição"	grandeza	símbolo	"definição"
Joule	\(J\)	\(J = N\cdot m\)	Energia	\(E\)	\(E=F\cdot d\)
Coulomb	\(C\)	\(6,25\times10^{18}e\)	Carga Elétrica	\(Q\)	\(Q=\pm\,n\,e\)
Watt	\(W\)	\(W= J / s\)	Potência	\(P\)	\(P=E/t\)
Hertz	\(Hz\)	Oscilações / s	Frequência	\(f\)	\( f=n/t \)
Volt	\(V\)	V = J/C	Tensão elétrica	\(U\)	\(U = E/Q\)
Ampère	\(A\)	A = C/s	Corrente elétrica	\(I\)	\(I = Q/t\)

A potência, energia por carga, pode ser relacionada à corrente e à tensão em um circuito, ou dispositvo eletrônico, por :

\[ P = U\cdot I\]

Demonstração: \( U \cdot I = \frac{E}{Q}\frac{Q}{t} = \frac{E}{t} = P \)

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• Em série
  • Mesma corrente \(I\)
  • Tenesão de divide \(U = U_1 + U_2\)
• Em paralelo
  • Mesma tensão elétrica \(U\)
  • Corrente elétrica se divide \(I=I_1+I_2\)

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