A carga pontual é um conceito fundamental da eletrostática que se refere a uma carga elétrica concentrada em um único ponto no espaço. Essas cargas pontuais podem ser positivas ou negativas e interagem entre si de acordo com a lei de Coulomb, que descreve a força eletrostática entre duas cargas pontuais. A lei de Coulomb estabelece que a força entre duas cargas é diretamente proporcional ao produto das cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre elas. Esse princípio é essencial para entender o comportamento das cargas elétricas e suas interações no estudo da eletrostática.
Significado de carga pontual: conceito de física que representa uma única carga elétrica puntiforme.
Carga pontual é um conceito de física que representa uma única carga elétrica puntiforme. Uma carga pontual é uma carga concentrada em um único ponto, sem dimensões espaciais. Isso significa que toda a carga está concentrada em um único ponto, ocupando um volume infinitesimal.
As cargas pontuais são representadas por uma letra q e são usadas para simplificar cálculos em sistemas de cargas elétricas, por considerar que as dimensões dos corpos carregados são desprezíveis em relação às distâncias envolvidas. Assim, as cargas pontuais permitem uma análise mais simples e direta dos fenômenos elétricos.
A lei de Coulomb descreve a interação entre duas cargas elétricas pontuais, estabelecendo que a força de interação entre elas é diretamente proporcional ao produto de suas cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância que as separa. Essa lei fundamental da eletrostática é essencial para entender o comportamento das cargas elétricas em um sistema.
Métodos para calcular a carga pontual em um ponto específico no espaço.
Para calcular a carga pontual em um ponto específico no espaço, existem alguns métodos que podem ser utilizados. Um dos métodos mais comuns é a aplicação da Lei de Coulomb, que descreve a interação entre duas cargas elétricas. De acordo com a Lei de Coulomb, a força elétrica entre duas cargas é diretamente proporcional ao produto das cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre elas.
Outro método para calcular a carga pontual em um ponto específico é a utilização do conceito de campo elétrico. O campo elétrico em um ponto é definido como a força elétrica que uma carga de teste positiva sentiria se estivesse localizada naquele ponto. Para determinar a carga pontual em um ponto, basta conhecer o valor do campo elétrico naquele ponto e a força que uma carga de teste sentiria.
Além disso, também é possível calcular a carga pontual em um ponto específico no espaço utilizando a Lei de Gauss. Esta lei estabelece que o fluxo elétrico através de uma superfície fechada é proporcional à carga elétrica contida dentro dessa superfície. Assim, ao conhecer o fluxo elétrico em uma superfície que contém o ponto em questão, é possível determinar a carga pontual nesse ponto.
Estes métodos permitem determinar a interação entre as cargas elétricas e encontrar a carga elétrica em um ponto específico com precisão.
Os fatores que influenciam na lei de Coulomb.
A lei de Coulomb descreve a interação entre duas cargas elétricas pontuais e os fatores que influenciam nessa interação são essenciais para compreender o comportamento da força elétrica. Os principais fatores que influenciam na lei de Coulomb são a magnitude das cargas, a distância entre elas e o meio em que estão inseridas.
A magnitude das cargas é um dos fatores mais importantes na lei de Coulomb. Quanto maior a magnitude das cargas, maior será a força de interação entre elas. Se as cargas forem positivas, haverá uma força de repulsão entre elas, enquanto se forem negativas, haverá uma força de atração.
A distância entre as cargas também é um fator determinante na lei de Coulomb. Quanto maior a distância entre as cargas, menor será a força de interação entre elas. Isso ocorre devido à propagação das linhas de campo elétrico, que se enfraquecem à medida que se afastam das cargas.
O meio em que as cargas estão inseridas também influencia na lei de Coulomb. Em um meio com alta permissividade elétrica, a força de interação entre as cargas será maior do que em um meio com baixa permissividade elétrica. Isso ocorre porque o meio influencia na propagação das linhas de campo elétrico e na polarização das cargas.
Portanto, a magnitude das cargas, a distância entre elas e o meio em que estão inseridas são fatores que influenciam diretamente na lei de Coulomb e devem ser levados em consideração ao estudar a interação entre cargas elétricas pontuais.
Características de uma carga pontual ou Puntiforme: definição e propriedades fundamentais.
Uma carga pontual, também conhecida como carga puntiforme, é um conceito fundamental da eletrostática. Ela representa uma carga elétrica concentrada em um único ponto, ocupando um volume infinitesimalmente pequeno. Em outras palavras, uma carga pontual é considerada como uma partícula puntiforme carregada.
As propriedades fundamentais de uma carga pontual são sua magnitude, representada pela letra q, e seu sinal, que pode ser positivo (indicando uma carga positiva) ou negativo (indicando uma carga negativa). A unidade de medida da carga elétrica é o Coulomb (C).
De acordo com a lei de Coulomb, as interações entre duas cargas pontuais são regidas por uma força elétrica que é diretamente proporcional ao produto das magnitudes das cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância que separa as cargas. Matematicamente, a lei de Coulomb pode ser expressa da seguinte forma:
F = k * |q1 * q2| / r^2
Onde F é a força elétrica entre as duas cargas, k é a constante eletrostática (que depende do meio em que as cargas estão inseridas), q1 e q2 são as magnitudes das cargas, e r é a distância que separa as cargas.
A lei de Coulomb descreve as interações entre cargas pontuais, fornecendo uma base teórica para compreender o comportamento elétrico dos sistemas carregados.
Carga pontual: propriedades e lei de Coulomb
Uma carga pontual , no contexto do eletromagnetismo, é aquela carga elétrica de dimensões tão pequenas que pode ser considerada um ponto. Por exemplo, as partículas elementares que possuem carga elétrica, o próton e o elétron, são tão pequenas que suas dimensões podem ser omitidas em inúmeras aplicações. Considerando que uma carga é pontual, facilita muito o trabalho de calcular suas interações e entender as propriedades elétricas da matéria.
As partículas elementares não são as únicas que podem ser cargas pontuais. O mesmo acontece com as moléculas ionizadas, as esferas carregadas que Charles A. Coulomb (1736-1806) usou em seus experimentos e até a própria Terra. Todos podem ser considerados cargas pontuais, desde que as vejamos a distâncias muito maiores que o tamanho do objeto.
Como todos os corpos são feitos de partículas elementares, a carga elétrica é uma propriedade inerente da matéria, assim como a massa. Você não pode ter um elétron sem massa e também sem carga.
Propriedades
Até onde sabemos hoje, existem dois tipos de carga elétrica: positiva e negativa. Os elétrons têm uma carga do tipo negativa, enquanto os prótons têm uma carga positiva.
Cargas do mesmo sinal se repelem, enquanto as do sinal oposto se atraem. Isso é válido para qualquer tipo de carga elétrica, pontual ou distribuída sobre um objeto de dimensões mensuráveis.
Além disso, experimentos cuidadosos provaram que a carga do próton e a do elétron têm exatamente a mesma magnitude.
Outro ponto muito importante a considerar é que a carga elétrica é quantizada. Até o momento, nenhuma carga elétrica isolada de magnitude menor que a carga eletrônica foi encontrada. Todos são múltiplos disso.
Finalmente, a carga elétrica é conservada. Em outras palavras, a carga elétrica não é criada ou destruída, mas pode ser transferida de um objeto para outro. Dessa forma, se o sistema estiver isolado, a carga total permanecerá constante.
Unidades de carga elétrica
A unidade de carga elétrica no Sistema Internacional de Unidades (SI) é o Coulomb, abreviado com C maiúsculo, em homenagem a Charles A. Coulomb (1736-1806), que descobriu a lei que leva seu nome e descreve a interação entre duas cargas pontuais. Mais tarde falaremos sobre ela.
A carga elétrica do elétron, a menor possível que pode ser isolada na natureza, possui uma magnitude de:
e – = 1,6 x 10-16 C
O Coulomb é uma unidade bastante grande, então submúltiplos são frequentemente usados:
-1 mili C = 1 mC = 1 x 10 -3 C
-1 micro C = 1 μC = 1 x 10 -6 C
-1 nano C = 1 nC = 1 x 10 -9 C
E, como mencionamos anteriormente, o sinal de e – é negativo. A carga de prótons tem exatamente a mesma magnitude, mas com um sinal positivo.
Os sinais são uma questão de convenção, ou seja, existem dois tipos de eletricidade e devem ser distinguidos; portanto, um é atribuído a um sinal (-) e o outro sinal (+). Benjamin Franklin fez essa designação e também enunciou o princípio de conservação da carga.
Na época de Franklin, a estrutura interna do átomo ainda era desconhecida, mas Franklin havia observado que uma barra de vidro esfregada com seda estava eletricamente carregada, chamando esse tipo de eletricidade de positiva.
Qualquer objeto que foi atraído por essa eletricidade teve um sinal negativo. Depois que o elétron foi descoberto, observou-se que a barra de vidro carregada os atraiu e foi assim que a carga do elétron foi negativa.
Lei de Coulomb para cobranças pontuais
No final do século 18, Coulomb, um engenheiro do exército francês, passou muito tempo estudando as propriedades dos materiais, as forças que atuavam nas vigas e a força de atrito.
Mas é mais lembrado pela lei que leva seu nome e que descreve a interação entre cargas elétricas de dois pontos.
Deixe duas cargas elétricas q 1 e q 2 . Coulomb determinou que a força entre eles, por atração ou repulsão, era diretamente proporcional ao produto de ambas as cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre eles.
Matematicamente:
F ∝ q 1 . q 2 / r 2
Nesta equação, F representa a magnitude da força er é a distância que separa as cargas. A igualdade requer uma constante de proporcionalidade, que é chamada de constante eletrostática e é denotada como k e .
Desta forma:
F = k. q 1 . q 2 / r 2
Além disso, Coulomb descobriu que a força era direcionada ao longo da linha que unia as cargas. Portanto, se r é o vetor unitário nessa linha, a lei de Coulomb como vetor é:
Polícia de Coulomb
Coulomb usou um dispositivo chamado escala de torção para seus experimentos. Através dele, o valor da constante eletrostática pode ser estabelecido em:
k e = 8,99 x 10 9 N m 2 / C 2 ≈ 9,0 x 10 9 N m 2 / C 2
Em seguida, veremos um aplicativo. Três cargas pontuais são tomadas q A , Q B Q C que estão nas posições mostradas na Figura 2. Calcular a força resultante sobre Q B .
A carga q A atrai a carga q B , porque são de sinais opostos. O mesmo pode ser dito sobre q C . O diagrama do corpo isolado está na figura 2 à direita, na qual é possível observar que ambas as forças são direcionadas ao longo do eixo vertical ou do eixo y e têm direções opostas.
A força líquida na carga q B é:
F R = F AB + F CB (Princípio da sobreposição)
Resta apenas substituir os valores numéricos, tomando cuidado para escrever todas as unidades no Sistema Internacional (SI).
F AB = 9,0 x 10 9 x 1 x 10 -9 x 2 x 10 -9 / (2 x 10 -2 ) 2 N (+ y) = 0,000045 (+ y) N
F CB = 9,0 x 10 9 x 2 x 10 -9 x 2 x 10 -9 / (1 x 10 -2 ) 2 N (- y ) = 0,00036 (- y ) N
F R = F AB + F CB = 0,000045 (+ y) + 0,00036 (- y ) N = 0,000315 (- y) N
Gravidade e eletricidade
Essas duas forças têm forma matemática idêntica. Obviamente, eles diferem no valor da constante de proporcionalidade e na gravidade trabalha com massas, enquanto a eletricidade o faz com cargas.
Mas o importante é que ambos dependam da distância inversa ao quadrado.
Existe um tipo único de massa e é considerado positivo; portanto, a força gravitacional é sempre atraente, enquanto as cargas podem ser positivas ou negativas. Portanto, as forças elétricas podem ser atraentes ou repulsivas, dependendo do caso.
E temos esse detalhe que deriva do exposto acima: todos os objetos em queda livre têm a mesma aceleração, enquanto estão próximos da superfície da Terra.
Mas se liberarmos um próton e um elétron perto de um plano carregado, por exemplo, o elétron terá uma aceleração muito maior que a do próton. Além disso, as acelerações terão sentidos opostos.
Finalmente, a carga elétrica é quantizada, como indicado. Isso significa que podemos encontrar cargas 2,3 ou 4 vezes a do elétron – ou a do próton – mas nunca 1,5 vezes essa carga. As massas, por outro lado, não são múltiplos de uma única massa.
No mundo das partículas subatômicas, a força elétrica excede em magnitude a gravitacional. No entanto, em escalas macroscópicas, a força da gravidade prevalece. Onde No nível dos planetas, do sistema solar, da galáxia e muito mais.
Referências
- Figueroa, D. (2005). Série: Física para Ciência e Engenharia. Volume 5. Eletrostática. Editado por Douglas Figueroa (USB).
- Giancoli, D. 2006. Física: Princípios com Aplicações. 6 th . Ed Prentice Hall.
- Kirkpatrick, L. 2007. Física: Um olhar sobre o mundo. 6 ta Abridged Edition. Cengage Learning
- Knight, R. 2017. Física para cientistas e engenharia: uma abordagem estratégica. Pearson
- Sears, Zemansky. 2016. Física Universitária com Física Moderna. 14 th . Ed. V 2.