Estudo da Matéria: Prótons, Nêutrons e Elétrons


Não precisamos de um bastão de âmbar para observamos a eletrização, podemos esfregar um pente nos cabelos e picar vários pedacinhos de papel. Depois de pentearmos os cabelos várias vezes, aproximaremos o pente dos pedaços de papel; observaremos a atração entre eles.

É de nosso conhecimento que toda matéria é constituída por átomos. Estes, por sua vez, são constituídos por partículas elementares, a saber: Prótons, Nêutrons e Elétrons. Estas partículas, quando em presença umas das outras, apresentam um comportamento típico, a saber:

Estudo da Matéria

a)         prótons, em presença de prótons, repelem-se;
b)         elétrons, em presença de elétrons, repelem-se;
c)         prótons, em presença de elétrons, atraem-se;
d)         neutrons, em presença de neutrons, não se observa nem atração nem repulsão.

Para diferenciar e explicar os comportamentos (a), (b) e (c), em relação a (d), dizemos que prótons e elétrons são portadores de uma propriedade física especial, que pode ser facilmente medida, denominada carga elétrica. Essa quantidade comum será denominada carga elétrica elementar e indicada por e; cujo valor é: e = 1,6 . 10-19 coulomb, onde coulomb (C) é a unidade com que se medem as cargas elétricas no Sistema Internacional de Unidades. (SI).

Assim, se indicarmos por qp e qe as cargas transportadas pelo próton e pelo elétron, respectivamente, teremos:
qp = + e = + 1,6 . 10-19 c
qe = -e = -1,6 . 1019 C

Para finalizar, atente que sempre o módulo (Q) da carga elétrica total do corpo será do tipo: onde n representa o número de elétrons em excesso ou falta no corpo. Nesta frente, destacaremos as cargas elétricas e suas aplicações. Será dividida em três vertentes:
•        Eletrostática: Estuda da carga elétrica em repouso.
•        Eletrodinâmica:  Estuda a carga elétrica em movimento evidenciando a corrente elétrica juntamente a seus efeitos.
•        Eletromagnetismo: Estuda a correlações entre corrente elétrica e imãs.

Um corpo, inicialmente neutro, para ficar dotado de carga elétrica, poderia ganhar ou perder tanto elétrons como prótons. No entanto, é raro um corpo ganhar ou perder prótons; se isto acontece, resulta no aparecimento de átomos de elementos diferentes. Logo, para que um corpo inicialmente neutro, fique eletrizado negativamente deve-se adicionar elétrons ao mesmo. Da mesma forma, para torná-lo eletrizado positivamente, deve-se retirar elétrons. Na eletrização por atrito os corpos se eletrizam com carga sinais contrários.

CORPOS ELETRIZADOS COM CARGAS DE MESMO SINAL SE REPELEM; CORPOS ELETRIZADOS COM CARGAS DE SINAIS CONTRÁRIOS SE ATRAEM.

Quando se tem um condutor já eletrizado e se quer deixar um corpo neutro também eletrizado, pode se fazer um simples contato entre eles. Existirá portanto um compartilhamento de cargas entre os corpos.

Antes da Indução

Na eletrização por contato os corpos se eletrizam com cargas de mesmo sinal. Obs.: Corpos Idênticos A eletrização por contato se caracteriza no fato de que o corpo neutro sempre adquire carga de mesmo sinal do eletrizado. Contudo, se os corpos forem de mesmo tamanho, a quantidade de carga deve também ser igual ao final do processo. Ligando o corpo Induzido à terra, teremos, neste caso, o deslocamento de elétrons da terra para o corpo Como o corpo estava neutro, bastava um único elétron que ele ficaria negativo. Ao atritarmos uma bola e aproximamos a mesma de um gato, os pelos do gato serão atraídos pela bola por indução.

Charles Augustin de Coulomb

Nascido em Angoulême, na França, no ano de 1736, Coulomb obteve a graduação de engenharia militar em 1761, com a patente de primeiro tenente.
Em 1774, realiza um trabalho so­bre bússolas magnéticas e outro sobre o atrito, os quais lhe valeram premiações da Academia. Esse último obteve ampla aceitação, de forma que, nos 150 anos subsequentes, não foi superado. A contribuição de Coulomb à ciên­cia foi muito vasta e abrangeu diversas áreas do conhecimento. São vários os artigos de sua autoria sobre eletricidade, magnetismo, torção e aplicações da balança de torção, além de centenas de outros trabalhos so­bre projetos de engenharia e obras civis.

A maior contribuição de Coulomb, todavia, foi no cam­po da eletrostática e do magnetismo, tendo estudado a ba­lança de torção, que ele próprio criara. Desenvolveu proje­tos de bússolas que se baseavam no mesmo princípio dessa balança, e provou a lei do in­verso do quadrado para a força eletrostática entre duas cargas, já mencionada anteriormente. Morre em 23 de agosto de 1806.

Essa força é representada onde:
F -> é a intensidade da força elétrica;
Qi e Qz -> são as cargas elétricas em módulo;
K -> é uma constante de proporcionalidade;
d -> é a distância entre as duas cargas.

Unidades: A constante eletrostática k mostra a influência do meio onde a experiência é realizada. No vácuo, utilizando as unidades do SI seu valor será: k = 9 . IO9 N.m2/C2. Na lei de Coulomb podemos relacionar a constante eletrostática k com a permissividade absoluta e do meio.

A balança de torção é um instrumento que permite medir a força que age entre duas esferas (A e B) carregadas com o mesmo sinal. A esfera B fica presa a um suporte isolante fixo. A esfera A, por sua vez, pode girar. Ela fica presa a uma haste suspensa por um fio isolante, e é mantida em equilíbrio por uma esfera descarregada (D) que funciona como contrapeso. Medindo o ângulo de rotação da haste numa escala graduada, podemos determinar a intensidade da força entre as duas esferas carregadas.

LEI DE COULOMB

Como já sabemos: “cargas de mesmo sinal se repelem e cargas de sinal contrário se atraem”. Graficamente, a força em função da distância, forma uma hipérbole assimétrica. Força elétrica: DIREÇÃO – Será sempre a direção da reta que une as cargas. SENTIDO – Cargas de mesmo sinal —» repulsão. Cargas de sinal contrário -» atração. Observe que para o cálculo do módulo da força, não usamos o sinal de cargas.