é uma propriedade física fundamental que determina as interações eletromagnéticas. Esta carga está armazenada em grande quantidade nos corpos ao nosso redor, mas a percepção dela não ocorre facilmente. Convenciona-se a existência de dois tipos de carga, a positiva e a negativa, sendo transportada por partículas subatômicas. Na matéria comum, a carga positiva é transportada por prótons e as cargas negativas são transportadas por elétrons. Cargas semelhantes se repelem, enquanto cargas opostas são atraídas. Um corpo que está carregado eletricamente, possui uma pequena quantidade de carga desequilibrada ou carga líquida, ou seja, se houver mais elétrons do que prótons em um corpo, ele estará carregado com carga negativa; se houver menos elétrons no corpo, ele terá uma carga positiva. Quando há igualdade ou equilíbrio de cargas num corpo, diz-se que está eletricamente neutro, ou seja, está sem nenhuma carga líquida para interagir com outros corpos.
A carga é quantizada, da qual apresenta múltiplos inteiros de pequenas unidades chamadas de carga elementar (e), admitindo um valor de 1,602 x 10-19 coulombs, sendo a menor carga que pode existir livremente (as partículas quarks têm cargas menores, múltiplos de 1/3e, mas eles só são encontrados em combinação e sempre se combinam para formar partículas com carga inteira). O próton tem carga de + e , e o elétron tem carga de – e.
Cargas elétricas produzem um campo elétrico, e cargas em movimento produzem um campo magnético. A combinação de campos elétricos e magnéticos, é a fonte da força eletromagnética, que consiste em uma das quatro forças fundamentais da física.
A unidade de medida da grandeza carga elétrica no Sistema Internacional de Unidades é o coulomb, representado por C, que recebeu este nome em homenagem ao físico francês Charles Augustin de Coulomb.http://scienceworld.wolfram.com/physics/Charge.html Charge -- from Eric Weisstein's World of Physics Na física e na química, é comum usar a carga elementar (e como unidade). A química também usa a constante de Faraday como a carga em um mol de elétrons. O símbolo minúsculo q geralmente denota carga.
História A eletricidade foi um dos fenômenos que mais ocupou os físicos durante o século XVIII. Porém, as primeiras observações sobre a eletrificação, se deu pelos filósofos gregos, como Tales de Mileto, durante a antiguidade. No ano 600 a.C. já sabiam que ao esfregar uma peça de âmbar com um pedaço de lã ou pele, era possível atrair pedaços de palha.
William Gilbert, médico da rainha Elizabeth I, foi o primeiro a distinguir os fenômenos elétricos e magnéticos, em 1600. Com isso, ele mostrou que o efeito elétrico não é uma propriedade exclusiva do âmbar, mas que outras substâncias podem ser carregadas eletricamente ao serem esfregadas, como o plástico e o diamante. Em 1729, Stephen Gray observou que era possível transferir elétrons de um bastão de vidro para uma bola de marfim, mas apenas se ela não estivesse ligada a um fio metálico. A partir dessa observação, John Theophilus Desaguliers, que repetiu muitos dos experimentos de Gray, classificou as substâncias como condutoras e isolantes.
Os materiais condutores, como metais e soluções iônicas, são aqueles em que alguns dos elétrons são livres, ou seja, que não estão ligados à nenhum átomo e podem se mover, gerando eletricidade. Já os isolantes, como a madeira e a borracha, são materiais que não permitem esse fluxo de elétrons, pois todos eles estão ligados ao átomo, não podendo se movimentar livremente através do material.
Gray também descobriu a indução elétrica, que consiste na transmissão de carga de um objeto para outro sem que ocorra qualquer tipo de contato. Ele mostrou que ao aproximar um tubo de vidro carregado, mas sem tocar, de um pedaço de chumbo sustentado por um fio, era possível fazer o chumbo ficar eletrificado.
Baseado na evidência de alguns experimentos realizados, em 1733, Charles François de Cisternay du Fay, propôs que existem dois tipos de cargas, que são observáveis como "fluxos elétricos", e que as cargas iguais se repelem enquanto que as cargas diferentes se atraem. Du Fay também demonstrou que todas as substâncias podiam ser eletrificadas por fricção, exceto metais e fluidos. Quando o vidro foi esfregado com seda, Du Fay disse que o vidro era carregado com eletricidade vítrea e, quando o âmbar era esfregado com pelo, o âmbar era carregado com eletricidade resinosa . Na compreensão contemporânea, a carga positiva é agora definida como a carga de uma vareta de vidro após ser esfregada com um pano de seda, mas é arbitrário qual tipo de carga é chamada de positiva e qual é chamada de negativa.
Benjamin Franklin iniciou experimentos elétricos no final de 1746, e em 1750 havia desenvolvido uma teoria de um fluido de eletricidade, propondo que um único tipo de fluido flui de um corpo para o outro pela fricção, designando de positivamente carregado o corpo que acumulou fluido e negativamente carregado o corpo que perdeu fluido. Franklin também realizou uma experiência utilizando um participante A e B sobre um pedestal coberto de graxa para evitar perda de carga. Carregou um dos participantes com um bastão de vidro e o outro com um pano de seda e, observou que aproximando o terceiro indivíduo, C, de qualquer um deles, causava o aparecimento de uma faísca. Porém, se A e B se tocavam, não havia faísca. Com isso, ele concluiu que as cargas armazenadas no bastão de vidro e na seda eram de mesma amplitude, mas possuíam sinais opostos. Além disso, propôs que a carga nunca é criada ou destruída, mas sempre transferida de um corpo para outro, dando a ideia da propriedade de Conservação de Carga.
Propriedades Quantização da carga A carga elétrica do corpo (Q) é igual ao produto da carga elementar (e) pelo número de elétrons em falta ou excesso (n):
Nas colisões entre partículas a altas energias são produzidas muitas outras novas partículas, diferentes dos elétrons, prótons e nêutrons. Todas as partículas observadas têm sempre uma carga que é um múltiplo inteiro da carga elementar . Assim, a carga de qualquer objeto é sempre um múltiplo inteiro da carga elementar.
Nas experiências de eletrostática, as cargas produzidas são normalmente equivalentes a um número muito elevado de cargas elementares. Por tanto, nesse caso é uma boa aproximação admitir que a carga varia continuamente e não de forma discreta.
Conservação de carga A carga elétrica é uma propriedade conservada. A carga líquida de um sistema isolado, a quantidade de carga positiva menos a quantidade de carga negativa, não pode mudar. Nos casos dos fenômenos em que existe transferência de elétrons entre os átomos, a conservação de carga é evidente, mas nos casos de criação de novas partículas não teria que ser assim, de fato em todos os processos observados nos raios cósmicos, e nos aceleradores de partículas, existe sempre conservação da carga, ou seja, sempre que uma nova partícula é criada, é também criada uma outra partícula com carga simétrica.
Processos de eletrização miniaturadaimagem|eletrização por atrito Existem três processos para a eletrização de um corpo. Tem-se a eletrização por contato ocorre quando colocamos um material condutor carregado eletricamente em contato com um condutor neutro e, assim, o corpo que estava neutro passa a conter a mesma carga que o material que estava carregado. miniaturadaimagem|eletrização por indução Além disso, tem-se a eletrização por atrito, que ocorre a partir da fricção de dois corpos. À medida que um corpo perde elétrons, este vai apresentando uma predominância de cargas positivas, equivalente à quantidade de cargas negativas perdida. Enquanto isso, o outro corpo que está recebendo esses elétrons ficará carregado com cargas negativas por estarem em excesso.
Por fim, tem-se a eletrização por indução. Este processo ocorre quando um corpo carregado é colocado próximo de um corpo neutro, provocando uma polarização das cargas presentes, de forma que cargas de sinal contrário a do bastão tendem a se aproximar do mesmo, e as de sinais iguais tendem a ficar o mais afastadas possível. Para tornar o corpo neutro em um corpo carregado, é necessário fazer uma ligação a partir de um fio Terra no corpo induzido, fluindo elétrons da Terra para o corpo inicialmente neutro. Com isso, corta-se esse fio de ligação e afasta o corpo que estava inicialmente carregado do corpo que foi induzido, fazendo com que nele tenha um excesso de cargas negativas, tornando-o carregado negativamente.
Lei de Coulomb
As forças elétricas provocadas entre objetos carregados foram medidas quantitativamente por Charles Coulomb a partir de uma balança de torção, da qual ele mesmo inventou. Com isso, a força elétrica existente entres duas esferas carregadas A e B, faz com que essas esferas tanto se atraiam ou se repilam. O movimento resultante faz com que a fibra suspensa se torça e, o torque resultante da fibra torcida é proporcional ao ângulo pelo qual ele gira. Dessa forma, uma medição desse ângulo de giro proporciona uma medida quantitativa da força elétrica de atração ou de repulsão entre as duas esferas.
A partir dessas medidas, Coulomb propôs a lei que estabelece que "a força de atração ou repulsão entre dois corpos carregados é diretamente proporcional ao produto de suas cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância".
Tem-se que é a distância entre as cargas, e são as cargas das duas partículas, é uma constante de proporcionalidade designada de constante de Coulomb, que tem um valor igual a 8,987 6 x 109 N ⋅ m2/C2, e é a constante dielétrica do meio que existir entre as duas cargas. A constante dielétrica do vácuo é exatamente igual a 1, e a constante do ar é muito próxima desse valor; assim, se entre as cargas existir ar, pode ser eliminada na equação.
Força entre cargas No século XVIII Benjamin Franklin descobriu que as cargas elétricas colocadas na superfície de um objeto metálico podem produzir forças elétricas elevadas nos corpos no exterior do objeto, mas não produzem nenhuma força nos corpos colocados no interior.No século anterior Isaac Newton já tinha demonstrado de forma analítica que a força gravítica produzida por uma casca oca é nula no seu interior. Esse resultado é consequência da forma como a força gravítica entre partículas diminui em função do quadrado da distância.
Concluiu então Franklin que a força elétrica entre partículas com carga deveria ser também proporcional ao inverso do quadrado da distância entre as partículas. No entanto, uma diferença importante entre as forças elétrica e gravítica é que a força gravítica é sempre atrativa, enquanto que a força elétrica pode ser atrativa ou repulsiva:
A força elétrica entre duas cargas com o mesmo sinal é repulsiva. A força elétrica entre duas cargas com sinais opostos é atrativa. Está capacidade atrativa ou repulsiva foi descoberta pelo físico Charles Du Fay e nomeada Lei Qualitativa que Rege as Ações Elétricas. Vários anos após o trabalho de Franklin, Charles de Coulomb fez experiências para estudar com precisão o módulo da força eletrostática entre duas cargas pontuais. Uma carga pontual é uma distribuição de cargas numa pequena região do espaço.
Campo elétrico Uma forma diferente de explicar a força eletrostática entre duas partículas com carga consiste em admitir que cada carga elétrica cria à sua volta um campo que atua sobre outras partículas com carga. Se colocarmos uma partícula com carga num ponto onde existe um campo elétrico, o resultado será uma força elétrica ; o campo elétrico define-se como a força por unidade de carga:
Consequentemente, o campo elétrico num ponto é um vetor que indica a direção e o sentido da força elétrica que sentiria uma carga unitária positiva colocada nesse ponto.
thumb|380px|Campo elétrico produzido por uma carga pontual positiva Q e representação do campo usando linhas de campo.
De forma inversa, se soubermos que num ponto existe um campo elétrico