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Eletrostática - carga elétrica, isolante e condutores

 Quantização da carga elétrica


No século XVIII, a carga elétrica era considerada como um fluido continuo. Entretanto, no início do século XX, Robert MILLIKAN (1868-1953) descobriu que o fluido elétrico não era contínuo e, sim, que a carga elétrica era constituída por um múltiplo inteiro de uma carga fundamental e, ou seja a carga q de um certo objeto pode ser escrita como

q = ne, com n = 1, 2, 3, ...

tendo e o valor de 1,60 x 10-19.

Podemos então dizer que a carga elétrica existe em pacotes discretos ou, em termos modernos, é "quantizada", não podendo assumir qualquer valor.
Todos os objetos da natureza contém cargas. Entretanto, na maioria das vezes não conseguimos percebe-las. Isto se deve ao fato de que os objetos contém quantidades iguais de dois tipos de cargas: cargas positivas e cargas negativas(conforme estabelecido por Franklin). Assim, a igualdade leva ao equlíbrio de cargas, e dizemos que os objetos sãoeletricamente neutros, ou seja, não possuem uma carga líquida. Por outro lado, se o equlíbrio for desmanchado, dizemos que que ele está eletrizado, i.e, uma carga líquida existirá, e o corpo poderá interagir eletricamente.
Outras experiências da época de Millikan mostraram que o elétron tem carga -e e o próton +e, o que assegura que um átomo neutro tem o mesmo número de prótons e elétrons. 



Quanto a capacidade de conduzirem cargas elétricas, as substâncias podem ser caracterizadas como isolantes e condutores. 

Isolantes são aquelas substâncias nas quais as cargas elétricas não podem se mover livremente com facilidade. Como exemplos, podemos citar a borracha, o vidro, o plástico e a água pura, entre outros. 
Por outro lado, os condutores são aqueles materiais nos quais a movimentação das cargas (negativas, em geral) pode ocorrer livremente. Exemplos: metais, água da torneira, o corpo humano. 
Mais recentemente, surgiram duas novas categorias para os materiais. 
Os semicondutores apresentam-se agora como uma terceira classe de materiais. Suas propriedades de condução elétrica situam-se entre as dos isolantes e dos condutores. Os exemplos mais típicos são o silício e o germânio, responsáveis pelo grande desenvolvimento tecnológico atual na área da microeletrônica e na fabricação de microchips. 

Por fim, temos os supercondutores, materiais que a temperaturas muito baixas não oferecem resistência alguma a passagem de eletricidade. Foi descoberta 1911 por Kammerlingh ONNES que a observou no mercúrio sólido (à temperatura de 4,2 K). Atualmente já estão sendo desenvolvidas ligas (à base de Nióbio) que sejam supercondutoras a temperaturas mais elevadas facilitando, assim, sua utilização tecnológica.

Questões - Eletrostática
Cargas elétricas
1. Um corpo condutor inicialmente neutro perde  . Considerando a carga elementar , qual será a carga elétrica no corpo após esta perda de elétrons?
Inicialmente pensaremos no sinal da carga. Se o corpo perdeu elétrons, ele perdeu carga negativa, ficando, portanto, com mais carga positiva, logo, carregado positivamente.
Quanto à resolução numérica do problema, devemos lembrar, da equação da quantização de carga elétrica:
Sendo n o número de elétrons que modifica a carga do corpo:
Logo, a carga no condutor será  .

2. Um corpo possui  e . Considerando a carga elementar , qual a carga deste corpo?
Primeiramente verificamos que o corpo possui maior número de prótons do que de elétrons, portanto o corpo está eletrizado positivamente, com carga equivalente à diferença entre a quantidade de prótons e elétrons.
Essa carga é calculada por:

Eletrização de corpos
1. Em uma atividade no laboratório de física, um estudante, usando uma luva de material isolante, encosta uma esfera metálica A, carregada com carga +8 µC, em outra idêntica B, eletricamente neutra. Em seguida, encosta a esfera B em outra C, também idêntica e elétricamente neutra. Qual a carga de cada uma das esferas?
Resolvendo o exercício por partes.
Primeiramente calculamos a carga resultante do primeiro contato, pela média aritmética delas:
Como a esfera A não faz mais contato com nenhuma outra, sua carga final é +4 µC.
Calculando o segundo contato da esfera B, com a esfera C agora, temos:
Portanto, as cargas finais das 3 esferas são:

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