A carga elétrica é uma propriedade física fundamental da matéria e, em particular, as partículas subatômicas prótons e elétrons. Assim como os átomos têm massa, essas partículas têm carga, e há uma força elétrica e um campo elétrico associados a essa carga.
Propriedades da carga elétrica

A carga elétrica vem em duas variedades: carga positiva e carga negativa , que, como os nomes sugerem, têm sinais opostos (diferente da massa, que possui apenas uma variedade). Objetos com carga elétrica exercem uma força elétrica um sobre o outro, assim como objetos com massa fazem através da força gravitacional. Mas, em vez de sempre ser uma força atrativa, como acontece com a massa, cargas opostas atraem enquanto cargas iguais se repelem.

A unidade de carga SI é o coulomb (C). Um coulomb é definido como a quantidade de carga que pode ser transferida por um ampere de corrente elétrica em um segundo. Os portadores de carga fundamental são o próton, com carga + e
, e o elétron, com carga -e
, onde a carga elementar e
\u003d 1,602 × 10 < sup> -19 C.

A carga líquida em um objeto é o número de prótons N _{p
menos o número de elétrons N e
vezes e
:
\\ text {net charge} \u003d (N_p - N_e) e}

A maioria dos átomos é eletricamente neutra, o que significa que eles têm um número igual de prótons e elétrons, portanto, sua carga líquida é 0 C. Se um átomo ganha ou perde elétrons, é chamado de íon e terá uma carga líquida diferente de zero. Objetos com carga líquida exibem eletricidade estática e podem se agarrar um ao outro como resultado de uma força dependente da quantidade de carga.

Observe que essa transferência de elétrons entre átomos ou entre objetos também não resulta em mudanças significativas em massa dos objetos. Isso ocorre porque, embora prótons e elétrons tenham a mesma magnitude de carga, eles têm massas muito diferentes. A massa de um elétron é de 9,11 × 10 -31 kg, enquanto a massa de um próton é de 1,67 × 10 -27 kg. Um próton é mil vezes mais pesado que um elétron!
Lei de Coulomb: Fórmula

A lei de Coulomb fornece a força eletrostática F
entre duas cargas, q _{1
e q 2
uma distância r
separados:
F \u003d k \\ frac {q_1q_2} {r ^ 2}}

Onde k
é a constante de Coulomb \u003d 8,99 × 10 9 Nm 2 /C 2. Observe que essa força é um vetor, que aponta ao longo de uma linha direcionada para longe da outra partícula se as cargas forem iguais e em direção à outra partícula se as cargas forem opostas.

A lei de Coulomb, assim como a força da gravidade entre duas massas, é uma lei inversa do quadrado. Isso significa que ele diminui conforme o quadrado inverso da distância entre duas cargas. Em outras palavras, acusações que estão duas vezes mais afastadas experimentam um quarto da força. Porém, embora essa carga diminua com a distância, ela nunca chega a zero e tem alcance infinito.
Exemplos para estudar

Exemplo 1: Uma carga de + 2_e_ e uma carga de -4_e_ são separadas por uma distância de 0,25 cm. Qual é a magnitude da força de Coulomb entre eles?

Usando a lei de Coulomb e certificando-se de converter cm para m, você obtém:
F \u003d k \\ frac {q_1q_2} {r ^ 2} \u003d (8,99 \\ times10 ^ 9) \\ frac {(2 \\ times 1,602 \\ times10 ^ {- 19}) (- 4 \\ times 1,602 \\ times 10 ^ {- 19})} {0,0025 ^ 2} \u003d 2,95 \\ times 10 ^ {-22} \\ text {N}

Exemplo 2: Suponha que um elétron e um próton sejam separados por uma distância de 1 mm. Como a força gravitacional entre eles se compara à força eletrostática?

A força gravitacional pode ser calculada a partir da equação:
F_ {grav} \u003d G \\ frac {m_pm_e} {r ^ 2}

Onde a constante gravitacional G
\u003d 6,67 × 10 ^{-11 m 3 /kgs 2.}

A inserção de números fornece:
F_ {grav } \u003d (6,67 \\ vezes 10 ^ {- 11}) \\ frac {(1,67 \\ vezes 10 ^ {- 27}) (9,11 \\ vezes 10 ^ {- 31})} {(1 \\ vezes 10 ^ {- 3} ) ^ 2} \u003d 1,015 \\ vezes 10 ^ {- 61} \\ text {N}

A força eletrostática é dada pela lei de Coulomb:
F_ {elec} \u003d k \\ frac {q_1q_2} {r ^ 2} \u003d (8,99 \\ times10 ^ 9) \\ frac {(1,602 \\ times 10 ^ {- 19}) (- 1,602 \\ times 10 ^ {- 19})} {(1 \\ times 10 ^ {- 3}) ^ 2} \u003d 2.307 \\ times 10 ^ {- 22} \\ text {N}

A força eletrostática entre o próton e o elétron é mais de 10 ^{39 vezes maior que a força gravitacional!}