2^a Questão: Responda:
Por que a carga elétrica é uma grandeza quantizada?

Passo 1

Beleza, vamos lá! A questão que a gente tem aqui é: Por que a carga elétrica é uma grandeza quantizada? Vamos resolver isso falando sobre física, especificamente sobre como a carga elétrica funciona no nosso mundo. Para entender, a gente vai precisar saber um pouco sobre átomos, partículas subatômicas e como a carga é distribuída nessas partículas.

Passo 2

Primeiro, vamos lembrar que a carga elétrica é uma propriedade fundamental da matéria. Todo objeto tem carga elétrica devido às partículas que o compõem, principalmente os elétrons e prótons. Os prótons têm carga positiva (+) e os elétrons têm carga negativa (–). Agora, o que significa dizer que a carga é quantizada? Significa que a carga elétrica só pode existir em certos “pacotes” ou “quantias” específicas, e não em qualquer valor contínuo.

Passo 3

A quantização da carga elétrica foi confirmada experimentalmente. O físico Robert Millikan, por exemplo, com seu famoso experimento do óleo, mostrou que a carga de um elétron é sempre a mesma, e todas as outras cargas elétricas são múltiplos inteiros dessa carga básica. Isso nos leva à ideia de que existe uma unidade mínima de carga elétrica, que é a carga do elétron, representada por $ e $, onde $ e \approx 1,602 \times 10^{-19} $ coulombs.

Passo 4

Agora, por que isso acontece? A resposta está na estrutura dos átomos. Dentro de um átomo, os prótons e elétrons são as partículas responsáveis pela carga elétrica. Como o número de prótons no núcleo é inteiro e igual ao número de elétrons numa condição de neutralidade elétrica, a carga total de um átomo também é um múltiplo inteiro da carga elementar $ e $. Isso significa que a carga total de qualquer objeto, que é composta por muitos átomos, também será um múltiplo inteiro dessa carga básica.

Passo 5

Além disso, teorias mais avançadas da física, como a teoria quântica de campos, reforçam a ideia da quantização da carga. Nessa teoria, as cargas são associadas a partículas fundamentais e as interações entre elas ocorrem em pacotes discretos de energia e carga. Isso é consistente com a observação de que a carga elétrica não pode ser dividida em partes menores que a carga elementar $ e $.

Resposta

Então, resumindo, a carga elétrica é uma grandeza quantizada porque ela só pode existir em múltiplos inteiros de uma carga fundamental, que é a carga de um elétron. Isso ocorre devido à estrutura atômica dos materiais e é confirmado tanto por experimentos quanto pelas teorias fundamentais da física.

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