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

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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