O que é carga elétrica

Carga elétrica é uma propriedade fundamental da matéria, tão básica quanto a massa. A massa diz como um corpo responde à gravidade; a carga faz o mesmo para as forças elétricas e magnéticas. E ela não é algo que se adiciona à matéria de fora: está lá desde sempre, nas partículas que formam o átomo.

O próton tem carga positiva, o elétron tem carga negativa, e o nêutron não tem nenhuma. Num corpo neutro, o número de prótons e o de elétrons se igualam, e os efeitos se cancelam. Quando esse equilíbrio se quebra, com excesso ou falta de elétrons, o corpo fica eletrizado. O choque na maçaneta é exatamente isso: cargas acumuladas procurando o equilíbrio.

Carga não se cria. Um corpo se eletriza ganhando ou perdendo elétrons, nunca inventando carga do nada. Essa ideia simples é a base da conservação que veremos adiante.

Os dois tipos de carga: positiva e negativa

Existem exatamente dois tipos de carga na natureza: positiva e negativa. A convenção, herdada de Benjamin Franklin, chama de positiva a carga do próton e de negativa a do elétron.

A interação entre cargas segue um princípio que precisa ficar gravado:

Princípio fundamental
Cargas de mesmo sinal se repelem. Cargas de sinais opostos se atraem.

Dois corpos positivos se afastam. Dois negativos também. Um positivo e um negativo se atraem.

Esse princípio explica tudo: o balão grudando no cabelo, o eletroscópio abrindo as folhas, a faísca na maçaneta. Mude o contexto, o princípio é o mesmo.

As propriedades da carga elétrica

A carga elétrica tem três propriedades que, de uma forma ou outra, aparecem em quase toda questão de Eletrostática. Vale entender cada uma antes de resolver qualquer problema.

Conservação

A carga elétrica se conserva. Num sistema isolado, ela não pode ser criada nem destruída, apenas transferida de um corpo para outro. Quando você atrita dois materiais, um ganha exatamente os elétrons que o outro perde. A carga total, antes e depois, é a mesma.

Quantização

A carga é quantizada: só existe em múltiplos inteiros de uma quantidade mínima, a carga elementar, representada por \(e\). Não existe meia carga elementar livre na natureza. Por isso, a carga de qualquer corpo pode ser escrita como:

Quantização da carga
\[ Q = n \cdot e \]

n é o número inteiro de elétrons em falta ou em excesso, e e \(\approx 1{,}6 \times 10^{-19}\,\text{C}\) é a carga elementar.

A carga elementar é a menor quantidade de carga encontrada livre na natureza. Ela corresponde, em módulo, à carga de um único próton ou de um único elétron.

A unidade de carga: o Coulomb

No Sistema Internacional, a carga elétrica é medida em coulomb (C), em homenagem ao físico francês Charles-Augustin de Coulomb. Um coulomb é uma quantidade enorme: corresponde a cerca de \(6{,}25 \times 10^{18}\) elétrons.

O coulomb também se conecta com a corrente elétrica. A carga que atravessa um condutor é o produto da corrente pelo tempo:

Carga e corrente
\[ Q = i \cdot t \]

Um ampère de corrente, durante um segundo, transporta exatamente um coulomb de carga.

Essa relação vai aparecer de novo mais à frente: a mesma carga que estudamos parada na Eletrostática é a que se move quando há corrente na Eletrodinâmica. Q = i · t é onde os dois mundos se encontram.

Processos de eletrização

Eletrizar um corpo é dar a ele excesso ou falta de elétrons. Há três formas de fazer isso, e o resultado em termos de sinal é diferente em cada caso.

/01 · Atrito

Sinais opostos

Dois corpos de materiais diferentes são friccionados. Um perde elétrons e fica positivo, o outro ganha e fica negativo. Os dois terminam com cargas de sinais opostos. É o balão no cabelo.

/02 · Contato

Mesmo sinal

Um corpo eletrizado encosta num neutro (ambos condutores). A carga se redistribui e os dois terminam com cargas de mesmo sinal. Se forem idênticos, a carga se divide igualmente.

/03 · Indução

Sem contato

O indutor é aproximado de um corpo neutro, sem encostar. Ele reorganiza as cargas do induzido. Com um aterramento no momento certo, o induzido fica com carga de sinal oposto ao do indutor.

Exercícios resolvidos: carga elétrica

Teoria sem exercício não sai. Os três problemas abaixo têm dificuldade crescente e seguem a mesma rotina: identificar os dados → escolher o princípio → calcular → conferir.

Exemplo 1. Básico: quantização da carga

🪖 Básico Aplicação direta de Q = n · e

Um corpo está com excesso de \(5 \times 10^{12}\) elétrons. Qual a sua carga elétrica? (Use \(e = 1{,}6 \times 10^{-19}\,\text{C}\).)

  1. Dados: \(n = 5 \times 10^{12}\) elétrons em excesso, \(e = 1{,}6 \times 10^{-19}\,\text{C}\).
  2. Fórmula: \(Q = n \cdot e\).
  3. Substituir: \(Q = 5 \times 10^{12} \cdot 1{,}6 \times 10^{-19} = 8 \times 10^{-7}\,\text{C}\).
  4. Sinal: excesso de elétrons, então a carga é negativa: \(Q = -8 \times 10^{-7}\,\text{C} = -0{,}8\,\mu\text{C}\).
Carga: \(Q = -0{,}8\,\mu\text{C}\)

Verificação: o produto das ordens de grandeza \(10^{12} \cdot 10^{-19} = 10^{-7}\) confere com o resultado. Confere.

Exemplo 2. Intermediário: eletrização por contato

🪖🪖 Intermediário Conservação da carga entre esferas idênticas

Duas esferas condutoras idênticas, A com \(+8\,\mu\text{C}\) e B com \(-2\,\mu\text{C}\), são postas em contato e depois separadas. Qual a carga final de cada uma?

  1. Conservação: a carga total se mantém. \(Q_{total} = +8 + (-2) = +6\,\mu\text{C}\).
  2. Esferas idênticas: a carga se divide igualmente. Cada uma fica com \(\dfrac{+6}{2} = +3\,\mu\text{C}\).
Carga final: \(+3\,\mu\text{C}\) em cada esfera

Verificação: \(+3 + (+3) = +6\,\mu\text{C}\), igual ao total inicial. Confere. As duas terminam com cargas de mesmo sinal, como sempre acontece no contato.

Exemplo 3. Avançado: da corrente ao número de elétrons (estilo ENEM)

🪖🪖🪖 Avançado Ponte com a Eletrodinâmica

Um fio é percorrido por uma corrente de \(i = 2\,\text{A}\) durante \(t = 10\,\text{s}\). (a) Qual a carga total que passou? (b) A quantos elétrons isso corresponde? (Use \(e = 1{,}6 \times 10^{-19}\,\text{C}\).)

  1. (a) Carga: \(Q = i \cdot t = 2 \cdot 10 = 20\,\text{C}\).
  2. (b) Número de elétrons: \(n = \dfrac{Q}{e} = \dfrac{20}{1{,}6 \times 10^{-19}} = 1{,}25 \times 10^{20}\) elétrons.
Carga: \(Q = 20\,\text{C}\) · Elétrons: \(1{,}25 \times 10^{20}\)

Verificação: \(n \cdot e = 1{,}25 \times 10^{20} \cdot 1{,}6 \times 10^{-19} = 20\,\text{C}\). Confere.

O Exemplo 3 conecta a Eletrostática com a Eletrodinâmica: a mesma carga que estudamos em repouso é a que se move quando há corrente. A relação \(Q = i \cdot t\) é a ponte entre os dois mundos.

Carga elétrica em prova: o que mais cai

Na prova, o conteúdo não muda, mas os sinais se invertem e os processos se misturam. Os três erros abaixo são os mais frequentes em correção de vestibular.

  1. 01

    Trocar o sinal na eletrização por atrito

    Atrito gera cargas de sinais opostos nos dois corpos. Contato gera cargas de mesmo sinal. Confundir os dois resultados é o erro mais comum.

    Como evitar: atrito separa em sinais opostos, contato iguala o sinal.
  2. 02

    Esquecer a conservação

    A carga total de um sistema isolado não muda. Em problemas de contato entre esferas, some as cargas antes e divida depois.

    Como evitar: a carga que some de um corpo aparece no outro.
  3. 03

    Achar que indução precisa de contato

    A indução acontece sem encostar o indutor no induzido. Quem exige contato confunde indução com contato.

    Como evitar: indução é eletrização à distância.

Perguntas frequentes sobre carga elétrica

O que é carga elétrica?

É uma propriedade fundamental da matéria, ligada às partículas do átomo, que determina como um corpo interage com forças elétricas e magnéticas. Vem do equilíbrio entre prótons (positivos) e elétrons (negativos). Ver o conceito de carga elétrica.

Quais são os tipos de carga elétrica?

Existem dois: positiva, associada ao próton, e negativa, associada ao elétron. Cargas de mesmo sinal se repelem e cargas de sinais opostos se atraem. Ver os dois tipos de carga.

Qual é a unidade de carga elétrica?

No Sistema Internacional, é o coulomb (C). Ela se relaciona com a corrente pela expressão \(Q = i \cdot t\): um ampère durante um segundo transporta um coulomb. Ver a unidade: o Coulomb.

O que é carga elementar?

É a menor quantidade de carga encontrada livre na natureza, representada por \(e\), com valor aproximado de \(1{,}6 \times 10^{-19}\,\text{C}\). Corresponde, em módulo, à carga de um próton ou de um elétron. Toda carga é um múltiplo inteiro dela: \(Q = n \cdot e\). Ver as propriedades da carga.

Quais são os processos de eletrização?

São três: atrito (corpos ficam com cargas de sinais opostos), contato (corpos ficam com cargas de mesmo sinal) e indução (eletrização à distância, sem contato, com resultado de sinal oposto ao do indutor). Ver os processos de eletrização.

O que é a quantização da carga?

É a propriedade de a carga só existir em múltiplos inteiros da carga elementar. Não existe meia carga elementar livre. Por isso a carga de qualquer corpo é sempre \(Q = n \cdot e\), com \(n\) inteiro. Ver a quantização da carga.

Continue aprendendo: Eletrostática passo a passo

Campo elétrico

O que a carga cria no espaço à sua volta.

Força elétrica

A Lei de Coulomb e a força entre cargas.

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Condutores e isolantes

Como o material afeta a eletrização.

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Hub de Eletrostática

O índice completo da Eletrostática.

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