Qual o melhor conceito para carga elétrica?

Para aquelas pessoas que se interessam em conhecer melhor os conceitos e técnicas que constituem a base teórica de Circuitos Elétricos, e com isso conseguirem efetivamente atuar nas áreas de elétrica e eletrônica (independentemente do nível - técnico ou superior), entender a fundo conceitos como Carga Elétrica, Tensão, Corrente e Potência é crucial.

Aqui, nós iremos abrir uma série sobre Circuitos Elétricos e vamos cobrir, pouco a pouco, todos os temas importantes dessa área tão vital para a formação de Técnicos e Engenheiros de qualidade. 

Você também pode acompanhar esta série no Canal Eletrônica Geral no Youtube, neste link aqui.

Hoje o nosso tema é a Carga Elétrica.

O qué Carga Elétrica?

Bom, primeiramente, o que é Carga Elétrica? 

Para que nós possamos responder essa pergunta, a gente tem que falar um pouco sobre a estrutura da matéria. Coisa simples, sem entrar em muito detalhe sobre esse tema, que para muitos é até mais chato. 

Bem, vamos lembrar que toda matéria é constituída de uma arranjo de Átomos, os quais possuem um núcleo recheado de partículas chamadas de Prótons e Neutrons (a física moderna nos ensina que tem um monte de outras coisas nesse núcleo, mas agora não vem ao caso), e ao redor desse núcleo temos uma nuvem de elétrons. A Figura 1 ilustra esse núcleo (para os mais nerds, esse é o modelo de Rutherford-bohr, se quiser saber mais, clica aqui.) 

Figura 1 - Modelo de um átomo

Em um átomo, o número de Prótons e Elétrons é igual, ou seja,  Nprotons = Neletrons. Observem que como qualquer material é composto por inúmeros átomos e todo átomo tem o mesmo número de prótons e elétrons, os materiais em geral também possuirão o mesmo número de prótons e elétrons!

Agora, uma coisa importante da gente lembrar: embora os prótons e neutros estejam presos aos núcleos dos átomos, ou seja, eles não se movem para fora do núcleo (a menos que algo muito catastrófico ocorra), os elétrons por sua vez, estão mais livres para se moverem pelos materiais. Em algumas situações, o contato entre dois corpos pode fazer com que haja a transferência de elétrons de um material a outro, como ilustra a Figura 2, de forma que um material terá um excesso de elétrons e outro, uma falta de elétrons (ou excesso de prótons, se você quiser enxergar dessa outra maneira). 

Figura 2 - Troca de elétrons entre dois corpos.

Ao separarmos esses corpos, então, teremos um material com mais elétrons que prótons e outro com mais prótons do que elétrons. 

A importância disso é a seguinte: Os cientistas descobriram que quando corpos possuem diferenças entre as suas densidades de elétrons/prótons, eles interagem entre si, se atraindo ou repelindo. Logo, a concentração de prótons e elétrons em um material é muito importante para entender como esse material irá interagir com outros materiais ao seu redor.

Com isso, se definiu o seguinte:  Os prótons são definidos como partículas Portadoras de Carga Positiva e os elétrons são Portadores de Carga Negativa. Já o conceito de Carga Elétrica nada mais é do que a diferença entre prótons e elétrons em um determinado material.

A Carga Elétrica de um material nada mais é do que a diferença entre prótons e elétrons daquele material.

Qual a unidade de carga elétrica?

No Sistema Internacional de Medidas, a unidade de Carga Elétrica é o Coulomb (C). Essa unidade foi definida em homenagem ao físico Francês Charles de Coulomb, que foi o primeiro a relacionar a carga elétrica dos materiais à força de atração/repulsão existente entre corpos carregados (que possuem carga diferente de zero). 

A questão é que a definição de 1C foi feita em experimentos que lidavam com cargas elétricas (ou seja de quantidade de elétrons excedentes/faltantes) muito altas, logo quando calculamos a carga de um portador (próton ou elétron), o número encontrado é muito pequeno. De qualquer forma, podemos definir a Carga Elétrica Fundamental, da seguinte forma:

• Carga de um próton: +1,6 x 10-19 C ;
• Carga de um elétron: -1,6 x 10-19 C.

Note que a partir daí, podemos relacionar a carga de uma material à concentração líquida dos portadores que aquele material tem. Vamos fazer um exemplo:

Imagine um material com carga de +2 C, o que isso significa?

1. Bom, como a carga é positiva, isso significa que o material possui mais prótons do que elétrons, ou seja, em algum momento ele perdeu elétrons para outro material;
2. A quantidade do excesso de prótons pode ser calculada como: 

Note que é uma quantidade realmente grande de prótons a mais que esse material possui.

Imagine agora um novo corpo, com carga de -2 mC, o que isso significa?

1. Como a carga agora é negativa, isso indica que temos um excesso de elétrons no material;
2. A quantidade do excedente de elétrons pode ser calculada como:

Como corpos carregados interagem entre si?

Como comentamos, caso dois ou mais corpos possuírem cargas elétricas diferentes entre si, eles irão interagir atraindo-se ou repelindo-se. Essa interação foi estudada e descrita por Charles de Coulomb no século XVIII, que percebeu o seguinte:

• Corpos com cargas elétricas de diferentes polaridades irão se atrair;
• Corpos com cargas elétricas de polaridades semelhantes irão se repelir;

A intensidade dessa atração/repulsão foi definida por Coulomb na seguinte equação, conhecida como Lei de Coulomb, que mede a força elétrica de atração/repulsão entre dois corpos carregados.

Figura 3 - Lei de Coulomb

A partir dessa forma de interação entre as cargas elétricas e o movimento das cargas proporcionado pela Força Elétrica que podemos definir as demais grandezas que lidamos em Circuitos Elétricos, como Tensão, Corrente e Potência. Iremos tratar dessas grandezas e seus conceitos em outros artigos dessa série. Não percam!