I - Electrostática

Para quem começa a interessar-se em conhecer os fenómenos eléctricos e a forma de lidar com eles iremos começar a abordar as seguintes temáticas:

• Electrostática
• Corrente contínua
• Magnetismo e electromagnetismo
• Corrente alternada

Introdução

Iniciaremos a nossa conversa com uma ligeira abordagem da Electricidade Estática ou Electrostática seguida dum estudo mais alargado da Electricidade Dinâmica, Electrocinética ou Electrodinâmica. Na Electrostática serão introduzidos conceitos básicos como o de carga eléctrica e outros. Esta área da Electricidade estuda os fenómenos eléctricos relativos às cargas eléctricas em repouso (a nível macroscópico), enquanto a Electrodinâmica considera o caso das cargas em movimento, que iniciaremos com o estudo da corrente contínua.

1. O que é a electricidade?

Muitos jovens com curiosidade me têm perguntado o que é a electricidade e também quem inventou a electricidade. A resposta, naturalmente, só pode ser que a electricidade não foi inventada pelo Homem e que a sua origem reside na constituição da matéria. Como hoje é conhecido, a matéria é constituída por moléculas e estas por átomos. Inicialmente pensou-se que os átomos eram partículas indivisíveis, mas hoje sabe-se que não é assim, sendo antes formados por partículas (figura 1).

Figura 1. Átomo

No centro do átomo (figura 2) existe o núcleo que é um aglomerado de partículas, umas chamadas protões e, outras neutrões. Em volta do núcleo giram outras partículas chamadas electrões.

Figura 2. Partículas atómicas

1.1 Carga eléctrica. Electrização. Coulomb

De todas estas partículas, apenas os electrões e os protões manifestam propriedades eléctricas. Isto significa que duas partículas do mesmo nome, ambas electrões ou ambas protões, se repelem e que duas partículas de nomes diferentes, um electrão e um protão, se atraem. Diz-se que estas partículas são cargas eléctricas. A electricidade manifesta-se, portanto, pelo aparecimento de forças que actuam sobre as cargas eléctricas. Para simplificar o estudo destes fenómenos deram-se nomes às cargas, chamando-se positiva a carga eléctrica do protão e negativa a carga eléctrica do electrão. Como o nome sugere, o neutrão é electricamente neutro, ou seja, não tem carga eléctrica. As cargas eléctricas do protão e do electrão têm valores absolutos iguais. Por isto e porque num átomo há tantos electrões como protões, as cargas positivas e negativas equilibram-se, pelo que a carga eléctrica total do átomo é zero. O átomo é electricamente neutro. Como é então possível ter corpos electrizados, ou seja, corpos com carga eléctrica global não nula? Se retirarmos um ou mais electrões a um átomo, desfaz-se o equilíbrio eléctrico existente e o átomo fica com maior número de cargas positivas que negativas. Diz-se que o átomo fica ionizado (deixa de ser um átomo neutro e torna-se um ião positivo). Analogamente, se adicionarmos um ou mais electrões a um átomo ele torna-se um ião negativo. É a estas entidades que se devem as correntes eléctricas. Nos fios de cobre a corrente eléctrica é assegurada por electrões libertados dos átomos (electrões livres), no líquido das baterias são os iões que transportam a carga eléctrica, enquanto nos tubos das lâmpadas fluorescentes existe a acção de iões e electrões. Podemos concluir dizendo que um corpo está electrizado positivamente quando existe nele um excesso de cargas eléctricas positivas em relação ao número de cargas eléctricas negativas. Inversamente, um corpo está electrizado negativamente quando possui mais cargas negativas que positivas (figura 3).

A forma mais antiga de electrizar artificialmente um corpo é friccioná-lo com outro.
O vidro friccionado com lã fica electrizado positivamente e com flanela, negativamente. A resina friccionada com lã fica negativa e com uma folha de metal fica positiva.

À carga eléctrica também se chama quantidade de electricidade.

Costuma representar-se a carga eléctrica pelo símbolo Q e para quantificar o seu valor a unidade do Sistema Internacional de Unidades (representado abreviadamente por SI) é o Coulomb (símbolo C).
Um Coulomb equivale à carga de 6,25 x 1018 electrões (1018 = 1 000 000 000 000 000 000).

1 C = 6,25 x 10¹⁸ x q

em que q é a carga eléctrica de um electrão.
Por exemplo, pode dizer-se que a carga dum corpo é Q1 = 2 C e a doutro é Q2 = - 4 C.

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