Lei de Coulomb

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A Lei de Coulomb é uma lei da física que descreve a interação eletrostática entre partículas eletricamente carregadas. Foi formulada e publicada pela primeira vez em 1783 pelo físico francês Charles Augustin de Coulomb e foi essencial para o desenvolvimento do estudo da Eletricidade.[1]

Esta lei estabelece que o módulo da força entre duas cargas elétricas puntiformes (q1 e q2) é diretamente proporcional ao produto dos valores absolutos (módulos) das duas cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância r entre eles. Esta força pode ser atrativa ou repulsiva dependendo do sinal das cargas. É atrativa se as cargas tiverem sinais opostos. É repulsiva se as cargas tiverem o mesmo sinal.[2] [3]

Diagrama que descreve o mecanismo básico da lei de Coulomb. As cargas iguais se repelem e as cargas opostas se atraem

Após detalhadas medidas, utilizando uma balança de torção, Coulomb concluiu que esta força é completamente descrita pela seguinte equação:[1]

\vec{F} = \frac{1}{4\pi\varepsilon_0} \frac{q_1q_2}{r^2} \hat{r},

em que:
\vec{F} é a força, em Newtons (N);
\varepsilon_0\approx 8.854\times 10^{-12} C2 N−1 m−2 (ou F m−1) é a constante elétrica,
r é a distância entre as duas cargas pontuais, em metros (m) e
q1 e q2, os respectivos valores das cargas, em Coulombs (C).
\hat{r} é o vetor que indica a direção em que aponta a força eléctrica.[1]

Por vezes substitui-se o fator 1/(4\pi\varepsilon_0) por
k, a constante de Coulomb, com k \approx 8.98\times 10^9 N·m²/C².

Assim, a força elétrica, fica expressa na forma:

\vec{F} = k \frac{q_1q_2}{r^2} \hat{r},

A notação anterior é uma notação vectorial compacta, onde não é especificado qualquer sistema de coordenadas.

Se a carga 1 estiver na origem e a carga 2 no ponto com coordenadas cartesianas (x,y,z) a força de Coulomb toma a forma:

\vec{F} = \frac{1}{4\pi\varepsilon_0} \frac{q_1q_2}{(x^2+y^2+z^2)^{3/2}} (x\hat{\imath}+y\hat{\jmath}+z\hat{k}),

Como a carga de um Coulomb (1 C) é muito grande, costuma-se usar submúltiplos dessa unidade. Assim, temos:

1 milicoulomb = 10^{-3} C

1 microcoulomb = 10^{-6} C

1 nanocoulomb = 10^{-9} C

1 picocoulomb = 10^{-12} C

História[editar | editar código-fonte]

Charles-Augustin Coulomb anunciou a lei da interação eletrostática em 1785 como o resultado de várias medições realizadas graças à balança de Coulomb, criada para detectar forças de interação bem pequenas. Essa é uma balança de torção onde se mede o ângulo de torção que permite determinar a intensidade das forças repulsivas. Quando existem forças de atração o estuda das oscilações permite determinar a intensidade das forças, pois a força de repulsão elétrica é igual à força mecânica de torção do fio vertical.

Uma carga elétrica é colocada na extremidade de uma haste horizontal fixa ao fio vertical, cujas características estão de torção são prédeterminadas. O princípio da medida consiste em compensar, graças ao par de fios torcidos verticais, a torção exercida pela outra carga carga eléctrica adjacente à de carga fixa sobre a haste.[4] .

Referências

  1. a b c Thomas Carvalho. Lei de Coulomb (em português) Terra. InfoEscola. Página visitada em 15 de julho de 2013.
  2. http://www.physnet.org/modules/pdf_modules/m114.pdf Coulomb's Law
  3. http://scienceworld.wolfram.com/physics/CoulombsLaw.html Coulomb's Law -- from Eric Weisstein's World of Physics
  4. J.-P. Pérez et al., Électromagnétisme. Fondements et applications, Masson, Paris, 1997, page 14

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