As Características e a Quantização da Carga Elétrica
A) Caracterização da Carga Elétrica
> O que são Cargas Elétricas?
É um elemento que gera um campo elétrico ao seu redor, no seu entorno, ou seja, é uma propriedade associada à própria existência dessas partículas.
> Classificação das Cargas Elétrica
– Quanto ao sinal
- Positiva
- Negativa
- Neutra
(Na verdade existem muitas diversificações quanto as cargas, que não entram em nossa análise no ensino médio… Mas temos: hádrons, léptons, píons, múons)
– Quanto as dimensões:
- Puntiforme:
- Corpo Extenso:
> Classificação dos corpos quanto a quantidade de cargas elétricas
- Neutro (é dessa forma que se encontram a maioria dos objetos):
Qtd. prótons = Qtd. elétrons
Quando há uma diferença entre as quantidade de prótons e elétrons, o corpo estará eletricamente carregado.
- Positivamente:
Qtd. prótons > Qtd. elétrons
- Negativamente:
Qtd. prótons < Qtd. elétrons
> Classificação dos corpos quanto a condutividade de cargas elétricas:
- Condutores: é o material através do qual as partículas portadoras de cargas elétricas (elétrons ou íons) podem mover-se com facilidade.
Ex: metais, soluções com íons. A água destilada (sem sais dissolvidos) não é uma boa condutora de eletricidade, já a água com sal (NaCl) o sal irá se dissociar formando íons livres e faz da água uma boa condutora de eletricidade.
- Isolantes: é o material em que os portadores de carga (elétrons livres ou íons) não podem mover-se com facilidade
Ex: borracha, porcelana, vidro.
Na verdade, não existem condutores ou isolantes perfeitos. Em determinadas condições, qualquer material pode conduzir eletricidade, assim como todo condutor oferece limitações à condução de eletricidade, com exceção dos supercondutores (são materiais que em condições específicas de uso e temperatura conduzem sem ou com baixíssima resistência elétrica).
B) A Quantização da carga elétrica
A carga elétrica é quantizada, isto é, sempre múltipla de um valor fixo, este valor foi determinado por Charles Augustin de Coulomb e é denominado por: carga elementar e vale:
e = 1,6.10-19 C (Coulomb)
Então…
A carga de 1 próton, será:
1 x 1,6.10-19 C ∴ Q = 1,6.10-19 C
A carga de 300 prótons, será:
300 x 1,6.10-19 C ∴ Q = 480.10-19 C e assim: Q = 4,8.10-17 C
A carga de 1 mol de elétrons será (assumindo que 1 mol equivale a 6.1023):
6.1023 x -1,6.10-19 ∴ Q = -9,6.104 C ou -96.000 C
( o sinal negativo – se dá pois os elétrons são cargas negativas)
Ou seja… A carga elétrica pode ser calculada por:
Q: Carga elétrica (Unidade: Coulomb – C)
n: número de portadores de carga (Unidade: sem unidade de medida – são adimensionais, afinal é apenas um número que indica quantidade)
+ (terá sinal positivo, se os portadores de cargas forem prótons ou íons positivos)
– (terá sinal negativo, se os portadores de cargas forem elétrons ou íons negativos)
e: Carga elementar (Unidade: Coulomb – C) – como dito anteriormente: e = 1,6.10-19 C (Coulomb)
Carga elétrica do próton = +e =
Aqui percebemos que para existir 1 C (1 Coulomb) é algo que necessita de muiiiiiitos portadores de carga (n = 6,25.1018 ) por isso foi criada uma tabela de prefixos para acompanhar a unidade C (Coulomb)
Exemplos:
3,6.10-9 C significa: 3,6 nC (nano-coulomb)
E isso vale para qualquer unidade, a tabela de prefixos é universal
57 cm (centímetros) significa: 57.10-2 m (metros)
Exemplos:
3,6.103 C significa: 3,6 kC (quilo-coulomb)
E isso vale para qualquer unidade, a tabela de prefixos é universal
57 GB (Gigabytes) significa: 57.109 Bytes
Exemplos:
1) Calcule a carga elétrica para as situações adiante
a) n = 3,174.1015 e– (elétrons)
Q = ± n.e ∴ Q = – 3,174.1015 . 1,6.10-19 ∴ Q = – 5,0784.10-4 C ou 5,1.10-4 C
( o sinal negativo aparece, pois os elétrons possuem cargas negativas)
b) n = 6.500.000 p+ (Prótons)
Q = ± n.e ∴ Q = 6.500.000 . 1,6.10-19 ∴ Q = 6,5.106 . 1,6.10-19
∴ Q = 10,4.10-15 C ou Q = 1,04.10-14 C
c) n = 4.1018 íons de Na+
Q = ± n.e ∴ Q = 4.1018 . 1,6.10-19 ∴ Q = 6,4.10-1 C
(Não é preciso pegar o número atômico do Íon Na+ …pois esse íon será o portador de carga, assim sendo… basta multiplicar a quantidade de íons pela carga elementar)
2) Calcule a quantidade de portadores de carga
a) Q = 1 C (1 Coulomb)
Q = ± n.e ∴ 1 = n . 1,6.10-19 ∴
n = 1/1,6.10-19
n = 0,625.1019 ou 6,25.1018 portadores de carga positivas
b) Q = -16 C
Q = ± n.e ∴ -16 = n . 1,6.10-19 ∴
n = 16/1,6.10-19
n = 10.1019 ou 1.1020 portadores de carga negativas
Exercícios - Quantização das Cargas Elétricas
Exercícios Nível Fácil
Questões Nível I – Dificuldade: Fácil
1) Calcule as cargas elétricas para a quantidade de portadores de carga adiante:
a) n = 1.1019 p+ (prótons)
b) n = 1,5 .1019 p+
c) n = 4,5 .1012 p+
d) n = 6.500.000.000.000 p+
e) n = 1,7.1018 Íons de Cl–
f) n = 1.1019 e– (elétrons)
g) n = 2,5.1012 e–
h) n = 4,5.1010 e–
i) n = 7,5.1014 e–
j) n = 3,75.109 e–
Resoluções
a) Q = 1,6 C
b) Q = 2,4 C
c) Q = 7,2.10-7 C
d) Q = 1,04.10-6 C ou Q = 1,04 μC
e) Q = – 2,72.10-1 C
f) Q = – 1,6 C
g) Q = – 4.10-7 C
h) Q = – 7,2.10-9 C
i) Q = – 12.10-5 C ou Q = 1,2 . 10-4 C
j) Q = 6.10-10 C
Questões Nível I – Dificuldade: Médio
2) Dado as cargas, calcule a quantidade de portadores de carga (n).
a) Q = 2 C
b) Q = – 3,2 C
c) Q = 18 C
d) Q = 4,8 mC
e) Q = 120 μC
f) Q = -6 nC
g) Q = 12 pC
h) Q = 9600 C
i) Q = -20,75 C
j) Q = 332 C
Resoluções
a) n = 1,25.1019 portadores de carga +
b) n = 2.1019 portadores de carga –
c) n = 1,25.1020 portadores de carga +
d) n = 3.1016 portadores de carga +
e) n = 7,5.1014 portadores de carga +
f) n = 3,75.1010 portadores de carga –
g) n = 7,5.107 portadores de carga +
h) n = 6.1022 portadores de carga +
i) n = 12,97.1019 portadores de carga –
j) n = 2,07.1021 portadores de carga +
E aí está conseguindo aprender legal sobre as características das cargas elétricas? E o que achou da quantização da carga elétrica
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