Carga elétrica

O que é carga elétrica

A carga elétrica é uma propriedade das partículas subatômicas, tão fundamental quanto a massa. A diferença é que existe um tipo só de massa, mas dois tipos de carga: positiva e negativa.

A regra que governa tudo:

• cargas de mesmo sinal se repelem;
• cargas de sinais opostos se atraem.

A unidade no Sistema Internacional é o coulomb (C).

Num átomo neutro, o número de prótons (positivos, no núcleo) é igual ao de elétrons (negativos, na eletrosfera). Como os prótons estão presos no núcleo, quem se move numa eletrização é sempre o elétron. Essa frase resolve metade das questões de sinal.

Quantização da carga

A carga não vem em qualquer valor: ela é sempre um múltiplo inteiro da carga elementar e, que é o módulo da carga do elétron e do próton.

e = 1,6 × 10⁻¹⁹ C

Logo, a carga de qualquer corpo é:

Q = n · e

• Q — a carga do corpo, em coulombs (C);
• n — o número de elétrons em falta ou em excesso, um inteiro;
• e — a carga elementar, 1,6 × 10⁻¹⁹ C.

Repare na ordem de grandeza: para acumular 1 C seria preciso um desequilíbrio de mais de 6 × 10¹⁸ elétrons. É por isso que as cargas de eletrostática aparecem quase sempre em microcoulombs (µC) ou nanocoulombs (nC).

Conservação da carga

Num sistema isolado, a carga elétrica total não muda. Ela não é criada nem destruída — apenas transferida de um corpo para outro.

Quando você esfrega um balão no cabelo e o balão fica negativo, o cabelo fica positivo na mesma quantidade. A soma continua a mesma de antes.

Os três processos de eletrização

Um corpo neutro pode ficar carregado de três maneiras.

4.1 Atrito

Dois materiais diferentes são esfregados e um deles arranca elétrons do outro. Os dois ficam carregados com sinais opostos e cargas de mesmo módulo.

É o caso do balão no cabelo, e da régua de plástico esfregada no tecido que passa a atrair pedacinhos de papel.

4.2 Contato

Um corpo carregado encosta num neutro (ou noutro carregado) e a carga se redistribui entre os dois. Depois da separação, ambos ficam com cargas de mesmo sinal.

Se os dois corpos forem idênticos, a carga total se divide igualmente entre eles — esse é o formato mais comum da questão de prova.

4.3 Indução

Um corpo carregado (o indutor) é aproximado sem encostar num corpo neutro (o induzido). O campo do indutor separa as cargas do induzido: as de sinal oposto se acumulam do lado próximo, e as de mesmo sinal vão para o lado distante.

Se, com o indutor ainda perto, o induzido for ligado à Terra por um instante e depois desligado, ele fica com carga de sinal contrário ao do indutor.

A indução também explica por que um corpo carregado atrai um neutro: ele separa as cargas do neutro, e a parte atraída fica mais perto que a repelida. É o que acontece com os pedacinhos de papel.

Condutores e isolantes

• Condutores — têm elétrons livres, que se movem pelo material. Metais, soluções iônicas, o corpo humano. Num condutor, o excesso de carga se espalha pela superfície.
• Isolantes (ou dielétricos) — os elétrons ficam presos aos átomos. Plástico, vidro, borracha, ar seco. A carga fica onde foi colocada.

É por isso que a eletrização por atrito funciona tão bem com plástico e tão mal com metal segurado na mão: no metal, a carga escoa pelo seu corpo até o chão.

Exemplo resolvido

Um corpo inicialmente neutro perde 5 × 10¹² elétrons. Qual a sua carga final?

Primeiro o módulo, por Q = n · e:

Q = 5 × 10¹² · 1,6 × 10⁻¹⁹ = 8 × 10⁻⁷ C

Agora o sinal. O corpo perdeu elétrons, que são as partículas negativas. Ficando com menos carga negativa do que positiva, ele fica positivo:

Q = +8 × 10⁻⁷ C (ou +0,8 µC)

Onde isso aparece

• Para-raios — a carga acumulada nas nuvens encontra um caminho de baixa resistência até a Terra, protegendo a estrutura.
• Choque ao descer do carro — atrito entre a roupa e o banco carrega você; a descarga acontece ao tocar a lataria.
• Pintura eletrostática e impressoras a laser — a tinta é carregada para aderir à superfície de carga oposta.