1*. Explique em palavras:
(b) Porque cargas elétricas são quantizadas? O que isso quer dizer?
(b) Porque cargas elétricas são quantizadas? O que isso quer dizer?
Passo 1
O enunciado pede para explicar, em palavras, por que as cargas elétricas são quantizadas e o que isso significa. O conteúdo envolve conceitos de eletromagnetismo e física de partículas, em particular o fato de que a carga elétrica não varia de modo contínuo, mas em “pacotes” mínimos.
Passo 2
Quantizar uma grandeza significa permitir apenas valores discretos em vez de um espectro contínuo. No caso da carga elétrica, isso quer dizer que toda carga
observada satisfaz
onde
é um número inteiro e
é a carga elementar.
Passo 3
O experimento de Millikan, no início do século XX, mostrou que gotas de óleo ganhavam ou perdiam somente incrementos inteiros de
. Na teoria moderna, isso acontece porque a matéria é composta de partículas fundamentais—elétrons, prótons e quarks—que possuem sempre cargas fixas (
,
,
), e quarks nunca aparecem isolados devido ao confinamento.
Passo 4
Na prática, a quantização de carga impede a existência de valores arbitrários de carga elétrica num objeto: você nunca encontrará uma carga de, por exemplo,
, pois sempre virá como múltiplo inteiro de
. Isso assegura a consistência das leis de Maxwell em nível microscópico e a estabilidade da matéria.
Resposta
Cargas elétricas são quantizadas porque só podem assumir valores discretos iguais a múltiplos inteiros da carga elementar
. Isso significa que não existem cargas “quebradas” entre esses múltiplos: toda carga observada é exatamente
com
.