Das muitas partículas que compõem um átomo, apenas três delas interessam ao estudo da carga elétrica. São elas: prótons, nêutrons e elétrons. Os prótons e os nêutrons se encontram no núcleo do átomo enquanto os elétrons se encontram na eletrosfera, distribuídos em camadas e girando ao redor desse núcleo.
Os elétrons permanecem girando ao redor do núcleo atômico devido à ação de uma força que cada um deles troca com o núcleo atômico. Essa força é trocada entre elétron e próton. Já os nêutrons não interagem com os elétrons. O fato de os prótons e elétrons trocarem forças entre si atribuiu-lhes uma propriedade denominada carga elétrica.
Carga elétrica, portanto, é uma propriedade atribuída aos prótons e elétrons devido à interação que ocorre entre eles.
Os prótons, nêutrons e elétrons possuem comportamentos diferentes, portanto, para diferenciá-los criou-se uma convenção:
- Próton: é uma partícula portadora de carga elétrica positiva (+).
- Elétron: é uma partícula portadora de carga elétrica negativa (–).
- Nêutron: tem carga neutra (0).
Após muitos estudos, o físico e químico francês Dufay (1698-1739) percebeu que havia dois tipos de cargas elétricas que podiam provocar atração ou repulsão. Esses dois tipos foram, mais tarde, convencionados de positiva e negativa.
As cargas elétricas de sinais iguais se repelem.
As cargas elétricas de sinais opostos se atraem.
Quantização de carga
Para facilitar o estudo da Química, a carga elétrica de um próton é considerada (+1) e de um elétron (–1). Dessa forma, um átomo que perde 2 elétrons adquire carga elétrica (+2) e o átomo que ganha 3 elétrons adquire carga elétrica (–3).
Já no estudo da eletricidade, estas cargas são medidas em unidades do Sistema Internacional, que é o coulomb (C), em homenagem ao físico francês Charles Augustin de Coulomb (1736-1806), que elaborou trabalhos importantes na área da eletricidade.
- Carga de 1 próton: Química (+1); Física (+1,6 · 10–19 C).
- Carga de 1 elétron: Química (–1); Física (–1,6 · 10–19 C).
A carga elétrica de um próton, ou em módulo, de um elétron, foi convencionada como sendo a carga elétrica elementar (e). Portanto: e = 1,6 · 10–19 C.
Carga elétrica de um corpo
O estudo que acabamos de fazer para um átomo podemos estender para um corpo cujos átomos, em certas condições, podem ganhar ou perder elétrons. Dessa forma, um corpo inicialmente neutro, ou seja, mesmo número de prótons e elétrons, que perder elétrons, adquire carga elétrica positiva. E aquele que ganhar elétrons adquire carga elétrica negativa.
O módulo da quantidade de carga elétrica (Q ou q) que um corpo adquire pode ser encontrada pela relação abaixo:
Nessa equação, Q representa a carga elétrica total em excesso ou em falta no corpo; n representa a diferença entre o número de prótons e o número de elétrons de um corpo, ou seja, o número de elétrons que um corpo inicialmente neutro ganha ou perde, e é a carga elementar e = 1,6 · 10–19 C.
Conservação de carga
A carga total, em um sistema isolado, nunca varia. Entendemos como sistema isolado aquele cujos limites nenhuma matéria atravessa. Luz pode entrar ou sair do sistema sem alterar o princípio, pois fótons não transportam carga elétrica.
Por exemplo, uma caixa de paredes lacradas no vácuo. Caso fosse possível contar o número de portadores de carga positiva e negativa dentro da caixa, a soma algébrica das suas cargas elétricas daria sempre o mesmo valor.
Eletrização
Conforme foi estudado anteriormente, a carga elétrica de um corpo pode ser alterada.
Os processos pelos quais se pode mudar a carga elétrica de um corpo são denominados processos de eletrização.
Os processos de eletrização podem ser desenvolvidos de três maneiras: por atrito, contato ou indução eletrostática.
Autoria: Carlos Alberto Bezerra Junior
