1.5 Discuta sobre a carga elementar.

Passo 1

O enunciado pede uma discussão sobre a carga elementar, que é um dos conceitos básicos da eletrostática no âmbito da física e engenharia elétrica. Para responder vamos precisar entender o que é carga elétrica, o princípio de quantização dessa carga e como se determina experimentalmente o seu valor.

Passo 2

Antes de falar da carga elementar, convém lembrar que a carga elétrica é uma propriedade física que faz corpos atraírem-se ou repelirem-se segundo a Lei de Coulomb. Essa lei diz que a força entre duas cargas puntiformes q_1 e q_2, separadas por uma distância r, é
F = k\,\frac{q_1\,q_2}{r^2},
onde k é a constante eletrostática no vácuo. Assim, cargas do mesmo sinal se repelem e de sinais opostos se atraem.

Passo 3

O princípio de quantização afirma que toda carga elétrica Q é um múltiplo inteiro da carga elementar e:
Q = n \, e,\quad n\in\mathbb{Z}.
Isso significa que não existem frações de e isoladas; a carga só aparece em “pacotes” inteiros de tamanho e. Os portadores fundamentais dessa carga são o elétron, com carga -e, e o próton, com carga +e.

Passo 4

O valor de e foi determinado com o famoso experimento de Millikan em 1909, usando gotas de óleo carregadas em um campo elétrico estático. O resultado hoje aceito pelo SI é
e = 1,602\times10^{-19}\,\mathrm{C}.

Passo 5

A carga elementar é fundamental porque:
– Define a unidade natural de carga em nível atômico.
– Entra em todas as leis de eletromagnetismo e na definição prática do coulomb (1 C é a carga transportada por 6,241\times10^{18} elétrons).
– É parâmetro chave em dispositivos eletrônicos (transistores, diodos) e processos de ionização na química e na física de plasmas.

Resposta

A carga elementar e é o menor “pacote” de carga elétrica observável, quantizada e igual a 1,602\times10^{-19}\,\mathrm{C}. Ela aparece na forma de elétron (carga -e) e próton (carga +e), foi medida por Millikan e serve de base para as leis do eletromagnetismo e para a definição prática do coulomb.

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