18: Carga elétrica e campo elétrico
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- 18.0: Prelúdio da carga elétrica e do campo elétrico
- Franklin demonstrou uma conexão entre raios e eletricidade estática. Faíscas foram retiradas de uma chave pendurada em uma corda de pipa durante uma tempestade elétrica. Essas faíscas eram como as produzidas pela eletricidade estática, como a faísca que salta do seu dedo para uma maçaneta de metal depois que você atravessa um tapete de lã.
- 18.1: Eletricidade estática e carga - Conservação da carga
- Quando vários materiais são esfregados juntos de forma controlada, certas combinações de materiais sempre produzem um tipo de carga em um material e o tipo oposto no outro. Por convenção, chamamos um tipo de cobrança de “positivo” e o outro de “negativo”. Por exemplo, quando o vidro é esfregado com seda, o vidro fica carregado positivamente e a seda é carregada negativamente. Como o vidro e a seda têm cargas opostas, eles se atraem como roupas que se esfregam em uma secadora.
- 18.2: Condutores e isoladores
- Algumas substâncias, como metais e água salgada, permitem que as cargas se movam por elas com relativa facilidade. Alguns dos elétrons em metais e condutores similares não estão ligados a átomos ou sítios individuais no material. Esses elétrons livres podem se mover pelo material da mesma forma que o ar se move pela areia solta.
- 18.3: Lei de Coulomb
- Por meio do trabalho de cientistas no final do século XVIII, as principais características da força eletrostática - a existência de dois tipos de carga, a observação de que cargas semelhantes se repelem, diferentemente das cargas atraem e a diminuição da força com a distância - foram finalmente refinadas e expressas como uma fórmula matemática. A fórmula matemática da força eletrostática é chamada de lei de Coulomb em homenagem ao físico francês Charles Coulomb.
- 18.4: Campo elétrico - Conceito de um campo revisitado
- As forças de contato, como entre uma bola de beisebol e um taco, são explicadas em pequena escala pela interação das cargas em átomos e moléculas próximas. Eles interagem por meio de forças que incluem a força de Coulomb. Ação à distância é uma força entre objetos que não está perto o suficiente para que seus átomos “se toquem”. Ou seja, eles são separados por mais do que alguns diâmetros atômicos.
- 18.5: Linhas de campo elétrico - cargas múltiplas
- Desenhos usando linhas para representar campos elétricos ao redor de objetos carregados são muito úteis para visualizar a intensidade e a direção do campo. Como o campo elétrico tem magnitude e direção, é um vetor. Como todos os vetores, o campo elétrico pode ser representado por uma seta que tem comprimento proporcional à sua magnitude e que aponta na direção correta. (Usamos setas extensivamente para representar vetores de força, por exemplo.)
- 18.6: Forças elétricas em biologia
- A eletrostática clássica tem um papel importante a desempenhar na biologia molecular moderna. Moléculas grandes, como proteínas, ácidos nucléicos e assim por diante, tão importantes para a vida, geralmente são carregadas eletricamente. O DNA em si é altamente carregado; é a força eletrostática que não apenas mantém a molécula unida, mas também fornece estrutura e força à molécula.
- 18.7: Condutores e campos elétricos em equilíbrio estático
- Os condutores contêm cargas gratuitas que se movem facilmente. Quando o excesso de carga é colocado em um condutor ou o condutor é colocado em um campo elétrico estático, as cargas no condutor respondem rapidamente para atingir um estado estacionário chamado equilíbrio eletrostático.
- 18.8: Aplicações da eletrostática
- O estudo da eletrostática tem se mostrado útil em muitas áreas. Este módulo abrange apenas algumas das muitas aplicações da eletrostática.
Miniatura: Este diagrama descreve os mecanismos da lei de Coulomb; duas cargas pontuais iguais (semelhantes) se repelem e duas cargas opostas se atraem, com uma força eletrostática F que é diretamente proporcional ao produto das magnitudes de cada carga e inversamente proporcional ao quadrado de a distância r entre as cargas. Independentemente da atração, repulsão, cargas ou distância, as magnitudes das forças, |F| (valor absoluto), sempre serão iguais. (CC POR 3,0).