Fisica3 (Eletromagnetismo)

PARTE 3
CARGAS ELÉTR ICAS 11
21 -5 A Carga É Quantizada
Tabela 21-1
Cargas de Três Partículas
Na época de Benjamin Franklin, a carga elétrica era considerada um fluido contínuo,
uma ideia que foi útil para muitos propósitos. Hoje, porém, sabemos que mesmo os Partícula Símbolo Carga
fluidos "clássicos", como a água e o ar, não são contínuos e sim compostos de átomos
e moléculas; a matéria é quantizada. Os experimentos revelam que o "fluido Próton p
+e
Elétron e ou e - e
elétrico" também não é contínuo e sim composto de unidades elementares de carga. Nêutron n o
Todas as cargas positivas e negativas q são da forma
q = ne, n = ±1, ±2, ±3, . .. , (21-11)
em que e, a carga elementar, tem o valor aproximado
e = 1,602 X 10 - 19 C. (21-12)
A carga elementar e é uma das constantes mais importantes da natureza. Tanto o elétron
como o próton possuem uma carga cujo valor absoluto é e (Tabela 21 -1). (Os quarks,
partículas elementares das quais são feitos os prótons e nêutrons, têm cargas de ±e/3
e ±2e/3, mas existem fortes indícios de que não podem ser observados isoladamente.
Por essa razão e por motivos históricos, a carga elementar não é tomada como e/3.)
Algumas expressões de uso corrente, como "a carga contida em uma esfera", "a
quantidade de carga que foi transferida" e "a carga que um elétron possui" podem
dar a impressão de que a carga é uma substância. Na verdade, a carga não é uma
substância e sim uma propriedade das partículas, como a massa.
Quando uma grandeza física pode assumir apenas certos valores, dizemos que é
quantizada; a carga elétrica é uma dessas grandezas. É possível, por exemplo, encontrar
uma partícula sem carga elétrica ou com uma carga de + lüe ou - 6e, mas
não uma partícula com uma carga de 3,57e.
O quantum de carga é extremamente pequeno. Em uma lâmpada incandescente
de 100 W, por exemplo, cerca de 10 19 cargas elementares passam pelo filamento por
segundo. Entretanto, a natureza qiscreta da eletricidade não se manifesta em muitos
fenômenos (a luz da lâmpada não pisca toda vez que um elétron passa pelo filamento),
da mesma forma como não sentimos as moléculas de água quando lavamos as mãos.
" TESTE 4
Inicialmente, a esfera A possui uma carga -50e e a esfera B uma carga +20e. As esferas
são feitas de um material condutor e têm o mesmo tamanho. Se as esferas são colocadas
em contato, qual é o novo valor da carga da esfera A?
Exemplo
Repulsão entre as partículas de um núcleo atômico
O núcleo de um átomo de ferro tem um raio de 4,0 X 1 e 2
10- 15 F=---
m e contém 26 prótons.
41rt:o r2
(a) Qual é o módulo da força de repulsão eletrostática entre (8,99 X 10 9 N · m 2 /C 2 )(1,602 X 10 - 19 C) 2
dois prótons do núcleo de ferro separados por uma distância
de 4,0 X 10- 15 m?
(4,0 X 10 - 15 m) 2
= 14N. (Resposta)
IDEIA-CHAVE
Como os prótons são partículas com carga elétrica, o módulo
da força eletrostática entre dois prótons é dado pela
lei de Coulomb.
Cálculo De acordo com a Tabela 21-1, a carga elétrica do
próton é +e; assim, de acordo com a Eq. 21 -4,
Não há uma explosão Essa força poderia ser considerada
pequena se agisse sobre um objeto macroscópico como
uma melancia, mas é gigantesca quando aplicada a uma
partícula do tamanho de um próton. Forças dessa ordem
deveriam fazer com que os núcleos de todos os elementos
se desintegrassem (a não ser o do hidrogênio, que possui