21.01 Saber a diferença entre um objeto eletricamente neutro, negativamente carregado e positivamente carregado e o que é um excesso de cargas.

Passo 1

O que o enunciado pede: entender e saber explicar a diferença entre um objeto eletricamente neutro, um objeto negativamente carregado, um objeto positivamente carregado e o que significa “excesso de cargas”.
Informações relevantes que vou usar (não foram dadas no enunciado, são fatos básicos que sempre valem):
  • A matéria é formada por átomos que têm prótons (carga positiva), elétrons (carga negativa) e nêutrons (sem carga).
  • A carga elementar tem módulo e=1{,}602\times10^{-19}\\ \text{C} e os sinais: próton +e, elétron -e.
  • Em muitas situações práticas só mudamos o número de elétrons; os prótons ficam fixos no núcleo.

Passo 2

O conceito básico: carga elétrica e como ela aparece nos átomos.
  • Cada próton tem carga +e. Cada elétron tem carga -e.
  • Se um átomo tem N_p prótons e N_e elétrons, a carga líquida total do átomo é dada por:
Q=(N_p-N_e)\,e.
Expliquei a fórmula: N_p e N_e são números inteiros (quantidade de partículas); e é a carga elementar. Se N_p=N_e, então Q=0.

Passo 3

O que significa “eletricamente neutro”.
  • Um objeto é eletricamente neutro quando o número total de cargas positivas é igual ao número total de cargas negativas, ou seja, quando Q=0.
  • Na prática isso geralmente quer dizer que o número total de elétrons é igual ao número de prótons: N_p=N_e.
  • Consequência direta: o objeto neutro não exerce atração nem repulsão elétrica líquida sobre cargas distantes (além de efeitos de polarização locais).

Passo 4

O que é um objeto negativamente carregado (ou com carga negativa).
  • Significa que o objeto tem um excesso de elétrons: N_e>N_p. Logo Q<0.
  • Podemos dizer também que o objeto ganhou elétrons (por exemplo por fricção, contato ou indução).
  • Exemplo muito comum: esfregar um balão no cabelo transfere elétrons para o balão; o balão fica com carga negativa e o cabelo com carga positiva relativa.
  • Prática de prova: ao ver “mais elétrons” → responda “carga negativa” e calcule Q por Q=-\,(\text{nº extra de elétrons})\times eºé.

Passo 5

O que é um objeto positivamente carregado (ou com carga positiva).
  • Significa que o objeto tem um déficit de elétrons (ou, de modo equivalente, um excesso relativo de prótons): N_e<N_p. Logo Q>0.
  • Normalmente isso acontece porque o objeto perdeu elétrons (por fricção, contato, etc.). Os prótons normalmente não se movem entre objetos, então falar em “perda de elétrons” é a descrição mais útil.
  • Exemplo: esfregar uma vareta de vidro com seda faz o vidro perder elétrons e ficar positivamente carregado.
  • Dica prática para prova: “falta de elétrons = positivo”.

Passo 6

O que é “excesso de cargas”.
  • “Excesso de cargas” é simplesmente ter carga líquida diferente de zero: há mais cargas de um sinal do que do outro. Em termos da fórmula,
\text{excesso de cargas} \Longleftrightarrow Q\neq 0.
  • Pode ser excesso de cargas negativas (mais elétrons → Q<0) ou excesso de cargas positivas (menos elétrons → Q>0).
  • Importante: a carga é quantizada — o excesso de carga tem que ser um múltiplo inteiro da carga elementar e. Ou seja, Q=n\,e para algum n\in\mathbb{Z} (positivo ou negativo).

Passo 7

Um exemplo numérico simples (útil em prova): calcular carga quando se conhece o número de elétrons extras.
  • Suponha que um objeto ganhou 1{,}0\times10^{12} elétrons extras. Cada elétron tem carga -e. Então a carga total extra é:
Q = -\bigl(1{,}0\times10^{12}\bigr)\,e = -\bigl(1{,}0\times10^{12}\bigr)\times 1{,}602\times10^{-19}\\ \text{C} = -1{,}602\times10^{-7}\\ \text{C}.
  • Interpretação: o objeto ficou com carga negativa de -1{,}602\times10^{-7}\\ \text{C}. Esse tipo de conta aparece frequentemente em exercícios — memorize o procedimento: número de elétrons × -e.

Passo 8

Como surgem mudanças de carga na prática — três mecanismos básicos explicados passo a passo
  • Fricção (ou triboeletricidade): ao esfregar dois materiais, elétrons podem ser transferidos de um para o outro dependendo da afinidade eletrônica. Resultado: um fica negativo (ganhou elétrons) e o outro fica positivo (perdeu elétrons). Ex.: balão/cabelo, vidro/seda.
  • Contato (condução): encostar um objeto carregado a outro permite fluxo de elétrons entre eles (se forem condutores) até que se redistribuam. Se os objetos são isolantes, o contato não permite movimento livre.
  • Indução: aproximar um objeto carregado a um condutor neutro sem tocar provoca separação de cargas no condutor (polarização) — se depois o condutor for aterrado num polo, pode ficar com carga remanescente do sinal oposto ou igual dependendo do procedimento. Indução é usada para carregar sem contato direto.
    Em todas as trocas, a carga total do sistema isolado é conservada: cargas não surgem do nada — apenas se redistribuem.

Passo 9

Como detectar e qual a consequência física: atração e repulsão, e instrumentos
  • Regra básica: cargas iguais se repelem; cargas opostas se atraem. Essa regra é suficiente para responder muitas questões de prova qualitativas.
  • Para quantificar forças entre cargas pontuais usa-se a Lei de Coulomb:
F = k\,\dfrac{|Q_1 Q_2|}{r^2},
onde k\approx 8{,}99\times10^{9}\\ \text{N·m}^2/\text{C}^2, Q_1,Q_2 são as cargas e r a distância entre elas. (Em provas teóricas normalmente não é preciso decorar mais do que a forma e a ideia “força aumenta com produto das cargas e diminui com o quadrado da distância”.)
  • Instrumento simples: o eletroscópio — folhas ou ponteira se abrem quando o objeto está carregado.

Passo 10

Resumo para guardar e como responder em prova (passo-a-passo prático)
  1. Se pedirem “o que significa neutro/positivo/negativo”, responda rápido com: neutro = N_p=N_e e Q=0; negativo = excesso de elétrons e Q<0; positivo = falta de elétrons e Q>0.
  2. Se houver números (nº de elétrons extras), multiplique por e para obter Q e coloque o sinal negativo se forem elétrons a mais.
  3. Explique mecanismo se pedirem: fricção, contato, indução — mencione se é condutor ou isolante.
  4. Não esqueça: carga é quantizada e a carga total de um sistema isolado é conservada.
    Força final de incentivo: esses conceitos são repetitivos e simples — com uns 3 exemplos práticos e uma conta como a do Passo 7 você domina a maioria das questões de prova.

Resposta

Neutro: o objeto tem números iguais de prótons e elétrons, portanto Q=0.
Negativamente carregado: o objeto tem excesso de elétrons ( N_e>N_p), logo Q<0 (ganhou elétrons).
Positivamente carregado: o objeto tem falta de elétrons ( N_e<N_p), logo Q>0 (perdeu elétrons; prótons permanecem).
Excesso de cargas: significa Q\neq0 — há uma diferença entre o número de cargas positivas e negativas; a carga líquida é um múltiplo inteiro da carga elementar e.

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