As principais grandezas da ciência elétrica são a carga, a força, o campo, a energia, a tensão, a potência e a corrente elétrica. Um dos objetivo deste capítulo é explicar a relação existente entre estas grandezas elétricas, dando particular atenção às grandezas tensão e corrente elétrica.
A lei fundamental da Ciência Elétrica é a Lei de Coulomb. Esta lei estabelece que duas cargas elétricas em presença uma da outra se atraem ou repelem mutuamente, isto é, interagem entre si através de uma força. Como grandeza de tipo vetorial, a força elétrica possui, portanto, uma direção, um sentido e uma intensidade. A direção da força coincide com a da reta que une as duas cargas, o sentido é uma função dos sinais respectivos, positivos ou negativos, e a intensidade é uma função do módulo das cargas e da distância que as separa.
Uma carga colocada em pontos distintos de um campo elétrico atribui valores também distintos de energia ao sistema. A diferença de energia por unidade de carga é designada por diferença de potencial, ou tensão elétrica. Tensão e energia elétrica são, por conseguinte, duas medidas da mesma capacidade de realizar trabalho. A taxa de transformação de energia elétrica na unidade de tempo é designada por potência elétrica
A interação à distância entre cargas elétricas conduz ao conceito de campo elétrico, o qual nos permite encarar a força elétrica como o resultado de uma ação exercida por uma carga ou conjunto de cargas vizinhas. Tal como a força, o campo elétrico é uma grandeza vetorial com direção, sentido e intensidade.
O movimento de uma carga num campo elétrico, em sentido contrário ou concordante com o da força elétrica a que se encontra sujeita, conduz à libertação ou exige o fornecimento de uma energia. O ato de se isolarem fisicamente conjuntos de cargas positivas e negativas equivale a fornecer energia ao sistema, comparável ao armazenamento de energia elétrica numa bateria. Pelo contrário, o movimento de cargas negativas no sentido de partículas carregadas positivamente corresponde à libertação de energia. Em geral, a presença de cargas elétricas imersas num campo atribui ao sistema uma capacidade de realizar trabalho, capacidade que é designada por energia potencial eléctrica ou, simplesmente, energia elétrica.
O fluxo de cargas elétricas é designado por corrente elétrica. Em particular, define-se corrente elétrica como a quantidade de carga que na unidade de tempo atravessa uma dada superfície.
Corrente e tensão elétrica definem as duas variáveis operatórias dos circuitos elétricos.
1.1 Carga Elétrica
Carga elétrica é uma propriedade física associada com algumas partículas que constituem o átomos como: prótons, elétrons, pósitrons, nêutrons, neutrino, etc. Cada uma dessas partículas possuem um valor numérico que representa sua quantidade de carga elétrica. O nêutron é uma partícula que não possui carga, ou seja, é uma partícula neutra. Antes se acreditava que não existia partículas com cargas menores que essas, por isso os cientistas as chamavam de partículas elementar. Mas por convenção o terma ainda é usado.
Através de observações feitas por Charles François de Cisternay du Fay em 1773. Investigando-se a eletrização por atrito, descobriu dois tipos de carga elétrica, a do próton e a do elétron. Para diferenciar as duas cargas, a do próton e a do elétron, foi usado os sinais de “+” (mais) e de “-''( menos), respectivamente. Cargas de mesmo tipo se repelem e de cargas de tipo diferente se atraem.
Conservação da Carga
Os corpos possuem quantidades iguais de cargas positivas e negativas, ou seja, são neutros. Porém um corpo pode transferir carga de um dado sinal para o outro corpo, ficando ambos com carga de mesmo valor absoluto, mas de sinal contrário. Esta hipótese foi formulada por Benjamin Franklin, sendo considerada como a primeira formulação da lei de conservação de carga elétrica.
1.2 Força Elétrica
Força elétrica ou interação eletrostática, ocorre quando os corpos com cargas elétricas se interagem.
Eletrostática é a parte da física que descreve as interações elétricas. O primeiro físico a criar uma formula para forças eletricas foi o francês Charles Augustin Coulomb.
Onde q1 e q2 são as cargas elétrica dos dois corpos, d distância entre os corpos e k e uma constante dielétrica, dependente do meio em que se encontram as cargas, no vácuo k = 9 × 109
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