Cargas elétricas, estrutura da matéria, processos de eletrização, condutores, isolantes e a Lei de Coulomb — os fundamentos da eletrostática.
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⚡ Carga Elétrica e Estrutura da Matéria
Toda matéria é formada por átomos. O núcleo contém prótons (carga +) e nêutrons (carga neutra); ao redor orbitam os elétrons (carga −). A carga do próton e do elétron têm o mesmo valor absoluto: a carga elementare = 1,6 × 10⁻¹⁹ C.
Princípio da quantização
A carga elétrica só existe em múltiplos inteiros da carga elementar: Q = n · e, onde n é um número inteiro. Não existe carga menor que e isolada e estável.
Um corpo é eletricamente neutro quando o número de prótons é igual ao de elétrons. Ao ganhar elétrons fica negativo; ao perder, fica positivo. Cargas de mesmo sinal se repelem; sinais opostos se atraem.
Diagrama Interativo
Explore os conceitos através deste elemento interativo.
🔌 Processos de Eletrização
Processo
Atrito
Dois corpos de materiais diferentes friccionados trocam elétrons. O que ganha elétrons fica negativo; o que perde, positivo. Ex.: vidro + seda, ebonite + lã.
Processo
Contato
Um corpo eletrizado toca um neutro. Os elétrons redistribuem-se até equilíbrio. Ambos ficam com o mesmo sinal de carga (opostos ao original se negativo, iguais se positivo).
Processo
Indução (influência)
Um corpo eletrizado aproxima-se sem tocar. Cargas no condutor se redistribuem: a face próxima fica com sinal oposto ao indutor. Após aterramento, o corpo fica eletrizado permanentemente.
Conservação da carga
Em qualquer processo de eletrização, a carga total do sistema é conservada. Elétrons são transferidos, nunca criados ou destruídos.
🧲 Condutores e Isolantes
Condutores
Elétrons livres
Metais possuem elétrons de valência fracamente ligados ao núcleo — os elétrons de condução. Permitem fluxo fácil de carga. Ex.: cobre, alumínio, prata.
Isolantes (dielétricos)
Sem elétrons livres
Elétrons firmemente presos. Carga localiza-se no ponto de aplicação. Ex.: vidro, borracha, plástico, madeira seca, porcelana.
Existe também a categoria dos semicondutores (silício, germânio) — base dos transistores e chips modernos — que conduzem em condições específicas de temperatura ou dopagem.
Aterramento (terra)
Conectar um condutor à terra (ground) permite que cargas fluam para/do solo — reservatório infinito de carga. Usado para neutralizar ou para fixar o potencial.
📐 Lei de Coulomb
Charles-Augustin de Coulomb (1785) mediu a força entre cargas puntiformes. A força é proporcional ao produto das cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância:
A força é atrativa se as cargas têm sinais opostos e repulsiva se têm o mesmo sinal. No vácuo, k = 9×10⁹ N·m²/C². Em outros meios, k diminui pelo fator da permissividade relativa (εr) do material.
Comparação gravitacional
A força elétrica entre próton e elétron é cerca de 10³⁹ vezes maior que a força gravitacional entre eles. A eletricidade domina na escala atômica.
Questões de Fixação
Q1Um corpo eletrizado por indução e depois aterrado fica com qual tipo de carga?
AA mesma carga do indutor
BCarga oposta à do indutor
CNeutro, pois a indução não transfere carga permanente
DDepende do material do condutor
Q2A carga elétrica total de um sistema isolado é sempre:
ANegativa, pois elétrons dominam
BZero, pois toda matéria é neutra
CConservada — não se cria nem se destrói carga
DMúltipla de 10⁻¹⁹ C apenas nos metais
Q3Dobrando a distância entre duas cargas puntiformes, a força de Coulomb entre elas:
ADobra
BReduz à metade
CReduz a um quarto
DReduz a um oitavo
Q4(FUVEST) Ao esfregar vidro com seda, o vidro fica positivo. Isso significa que:
AO vidro ganhou prótons da seda
BA seda perdeu prótons para o vidro
CO vidro perdeu elétrons para a seda
DForam criadas novas cargas positivas no vidro
Q5Em um condutor esférico isolado eletrizado, as cargas eléttricas se distribuem:
AUniformemente pelo volume do condutor
BConcentradas no centro da esfera
CNa superfície externa do condutor
DApenas na metade inferior, pela ação da gravidade
Flashcards
O que é carga elementar?
É a menor carga elétrica estável existente: e = 1,6×10⁻¹⁹ C. Toda carga é múltiplo inteiro de e (Q = n·e).
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Qual a diferença entre eletrização por contato e por indução?
Contato: o corpo eletrizado toca o neutro — ambos ficam com o mesmo sinal. Indução: aproximação sem toque + aterramento — o corpo fica com sinal oposto ao indutor.
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Enuncie a Lei de Coulomb.
A força entre duas cargas puntiformes é diretamente proporcional ao produto das cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância: F = k·|Q₁·Q₂|/d².
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Por que metais são bons condutores?
Possuem elétrons de valência fracamente ligados (elétrons de condução) que se movem livremente pela rede cristalina, permitindo fluxo de corrente elétrica.
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O que é aterramento e para que serve?
Conectar um condutor à Terra (reservatório infinito de carga). Serve para neutralizar cargas indesejadas ou para fixar um ponto de referência de potencial elétrico zero.
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Como a força de Coulomb se compara à força gravitacional na escala atômica?
A força elétrica entre próton e elétron é cerca de 10³⁹ vezes maior que a força gravitacional. A eletricidade domina completamente na escala subatômica.
Explore como a luz se comporta em diferentes superfícies
ENEM · Questão 01
(ENEM 2021) Um espelho esférico côncavo tem raio de curvatura de 40 cm. Um objeto é colocado a 60 cm do espelho. Qual é a distância da imagem formada?
Gabarito: B - Usando a equação de espelhos: 1/f = 1/p + 1/p'. Com f = 20 cm e p = 60 cm, obtemos p' = 30 cm. Mas como 1/20 = 1/60 + 1/p', temos p' = 30 cm. Porém, verificando: 1/20 = 1/60 + 1/p' => 1/p' = 1/20 - 1/60 = 2/60 = 1/30 => p' = 30 cm. Resposta correta: 30 cm.
ENEM · Questão 02
(Fuvest 2020) A velocidade da luz em um meio é 2×10⁸ m/s. Qual é o índice de refração desse meio?
Gabarito: A - O índice de refração é n = c/v = (3×10⁸)/(2×10⁸) = 1.5. Espera, isso daria 1.5, não 0.67. Vamos recalcular: n = c/v = 3/2 = 1.5. Resposta correta: 1.5 (alternativa C).
ENEM · Questão 03
(ENEM 2022) Um raio de luz incide sobre uma superfície refletora com ângulo de incidência de 30°. Qual é o ângulo de reflexão?
Gabarito: B - Pela lei da reflexão, o ângulo de incidência é igual ao ângulo de reflexão. Portanto, se o ângulo de incidência é 30°, o ângulo de reflexão também é 30°.
ENEM · Questão 04
(Unicamp 2021) Uma lente convergente tem distância focal de 10 cm. Um objeto é colocado a 15 cm da lente. Qual é o aumento linear da imagem?
Gabarito: A - Usando a equação de lentes: 1/f = 1/p + 1/p'. Com f = 10 cm e p = 15 cm, obtemos 1/10 = 1/15 + 1/p' => 1/p' = 1/10 - 1/15 = 1/30 => p' = 30 cm. O aumento é A = -p'/p = -30/15 = -2.
ENEM · Questão 05
(ENEM 2020) Um objeto está a 5 cm de um espelho plano. A distância entre o objeto e sua imagem é:
Gabarito: B - Em um espelho plano, a imagem é formada a uma distância igual à do objeto. Se o objeto está a 5 cm, a imagem também está a 5 cm do espelho, do lado oposto. A distância total entre objeto e imagem é 5 + 5 = 10 cm.
ENEM · Questão 06
(Fuvest 2019) A cor de um objeto depende:
Gabarito: C - A cor de um objeto é determinada pela combinação da luz incidente e de como o objeto absorve e reflete essa luz, dependendo de sua estrutura molecular.
ENEM · Questão 07
(ENEM 2023) Um raio de luz passa de um meio com índice de refração 1.5 para outro com índice 1.0. O ângulo de incidência é 30°. Qual é o ângulo de refração?
Gabarito: D - Usando a lei de Snell: n₁ sin(θ₁) = n₂ sin(θ₂) => 1.5 × sin(30°) = 1.0 × sin(θ₂) => 1.5 × 0.5 = sin(θ₂) => sin(θ₂) = 0.75 => θ₂ ≈ 48.6°.
ENEM · Questão 08
(Unicamp 2020) Um objeto real é colocado em frente a um espelho côncavo. A imagem formada é real, invertida e maior que o objeto. Onde está o objeto?
Gabarito: A - Para um espelho côncavo, quando o objeto está entre o foco (f) e o centro de curvatura (2f), a imagem é real, invertida e maior que o objeto.
ENEM · Questão 09
(ENEM 2021) A profundidade aparente de uma piscina é menor que a profundidade real devido à:
Gabarito: B - A refração da luz ao passar da água (meio mais denso) para o ar (meio menos denso) faz com que a profundidade aparente seja menor que a real.
ENEM · Questão 10
(Fuvest 2022) Um espelho esférico convexo tem raio de curvatura de 20 cm. A imagem formada é sempre:
Gabarito: D - Um espelho convexo sempre forma imagens virtuais, direitas e menores que o objeto, independentemente da posição do objeto.