Eletro
magnetismo
Do átomo ao campo elétrico. Da carga à luz. Um curso completo de eletromagnetismo com simulações interativas.
Carga Elétrica & Estrutura Atômica
O que é carga elétrica e por que ela existe?
O átomo e suas cargas
Toda a eletricidade tem origem na estrutura do átomo. O núcleo atômico contém prótons (carga positiva, +e) e nêutrons (sem carga). Ao redor do núcleo orbitam os elétrons (carga negativa, −e).
A carga fundamental é chamada de carga elementar: e = 1,6 × 10⁻¹⁹ C (coulombs). Todo objeto carregado possui um múltiplo inteiro dessa carga.
Conservação da Carga
A carga elétrica total de um sistema isolado é sempre conservada. Quando um corpo ganha elétrons, outro necessariamente os perde — a carga total se mantém.
Princípio da Conservação da Carga: em qualquer processo físico ou químico, a carga elétrica total de um sistema isolado permanece constante.
Corpo eletrizado
Um corpo está eletrizado positivamente quando possui déficit de elétrons (mais prótons que elétrons). Está eletrizado negativamente quando possui excesso de elétrons.
| Estado | Comparação | Carga resultante | Como ocorre |
|---|---|---|---|
| Positivo | Mais prótons que elétrons | +Q | Perdeu elétrons |
| Negativo | Mais elétrons que prótons | −Q | Ganhou elétrons |
| Neutro | Prótons = Elétrons | 0 | Sem transferência |
Interação entre cargas
Cargas de mesmo sinal se repelem; cargas de sinais opostos se atraem. Corpos neutros são atraídos por qualquer corpo carregado (por indução).
Eletrização dos Corpos
Três caminhos para um corpo adquirir carga elétrica
Os três métodos
Um corpo eletricamente neutro pode ser eletrizado de três maneiras diferentes. Em todos os casos, o que se transfere são elétrons — nunca prótons (que estão presos no núcleo).
| Método | Contato? | Carga final | Indutor muda? |
|---|---|---|---|
| Atrito | Sim | Sinais opostos | Sim (mantém parte) |
| Contato | Sim | Mesmo sinal | Sim (mantém parte) |
| Indução | Não | Sinal oposto | Não |
I. Eletrização por Atrito
Ao esfregar dois corpos de materiais diferentes, elétrons migram de um para o outro conforme a série triboelétrica — que classifica materiais pela tendência de ceder ou receber elétrons.
Vidro esfregado com seda: o vidro cede elétrons → fica positivo. A seda recebe → fica negativa. A carga total é zero (conservação).
II. Eletrização por Contato
Um condutor eletrizado transfere parte de sua carga ao tocar outro corpo. Ambos ficam com cargas de mesmo sinal. Se os corpos forem idênticos, a carga se divide igualmente.
III. Eletrização por Indução
A indução permite eletrizar um condutor sem tocá-lo. O corpo induzido adquire carga de sinal oposto ao indutor. O processo ocorre em 4 etapas:
Regra de ouro: na eletrização por indução, o corpo induzido sempre adquire sinal contrário ao do indutor. O indutor não perde sua carga.
Lei de Coulomb
A força entre cargas puntiformes e o simulador de campo elétrico
A Lei de Coulomb
Charles-Augustin de Coulomb (1736–1806) determinou experimentalmente a lei que rege a força entre duas cargas elétricas puntiformes.
A força é atrativa quando as cargas têm sinais opostos, e repulsiva quando têm o mesmo sinal. Ela diminui com o quadrado da distância — dobrando a distância, a força cai para um quarto.
A constante eletrostática k = 9×10⁹ N·m²/C² pode ser escrita como k = 1/(4πε₀), onde ε₀ = 8,85×10⁻¹² F/m é a permissividade do vácuo.
Simulador de Campo Elétrico
Clique na área abaixo para adicionar cargas. Observe as linhas de campo elétrico — elas saem de cargas positivas e chegam nas negativas.
Princípio da Superposição
Quando há múltiplas cargas, a força resultante sobre uma carga de teste é a soma vetorial de todas as forças individuais. Esse é o princípio da superposição — as forças são independentes e se somam vetorialmente.
| Grandeza | Símbolo | Unidade SI |
|---|---|---|
| Carga elétrica | q, Q | Coulomb (C) |
| Força elétrica | F | Newton (N) |
| Distância | r | Metro (m) |
| Constante eletrostática | k | N·m²/C² |
| Campo elétrico | E | N/C = V/m |
Quiz — Eletricidade
Teste os conceitos das lições 1, 2 e 3
Campo Magnético
A força sobre cargas em movimento e o vetor B
O que é o campo magnético?
O campo magnético B é uma grandeza vetorial que descreve a influência magnética em uma região do espaço. Diferentemente do campo elétrico, o campo magnético não exerce força sobre cargas em repouso — apenas sobre cargas em movimento.
A direção da força magnética é sempre perpendicular ao plano formado por v e B. Usa-se a regra da mão direita para determiná-la.
Regra da mão direita: aponte os dedos na direção de v, curve-os na direção de B — o polegar aponta na direção de F (para carga positiva).
Lei de Biot-Savart
O campo magnético produzido por um fio longo e reto percorrido por corrente elétrica I é dado por:
| Configuração | Fórmula de B | Direção |
|---|---|---|
| Fio reto longo | B = μ₀I/(2πr) | Circular ao fio |
| Centro de espira | B = μ₀I/(2R) | Perpendicular à espira |
| Solenoide | B = μ₀·n·I | Axial (como ímã barra) |
Força de Lorentz
A força combinada elétrica e magnética
Força de Lorentz
A força total sobre uma carga q movendo-se com velocidade v em uma região com campo elétrico E e campo magnético B é chamada de força de Lorentz:
Movimento circular
Quando uma partícula carregada entra perpendicularmente em um campo magnético uniforme, a força magnética é sempre perpendicular à velocidade — isso causa um movimento circular uniforme.
O cíclotron, acelerador de partículas, usa exatamente esse princípio: partículas carregadas giram em espiral aceleradas entre cada meia-volta.
Aplicações
- Espectrômetro de massa — separa íons por razão m/q
- Cíclotron e aceleradores de partículas
- Motores elétricos e geradores
- Efeito Hall — medição de campo magnético
- Aurora boreal — partículas solares aprisionadas pelo campo da Terra
Quiz — Magnetismo
Teste os conceitos das lições 4 e 5
Ondas Eletromagnéticas
As equações de Maxwell e a velocidade da luz
As Equações de Maxwell
James Clerk Maxwell (1831–1879) unificou eletricidade, magnetismo e óptica em quatro equações elegantes, prevendo a existência de ondas eletromagnéticas que se propagam à velocidade da luz.
Espectro Eletromagnético
Todas as ondas eletromagnéticas têm a mesma natureza física — diferem apenas na frequência (ou comprimento de onda). No vácuo, todas se propagam à velocidade c.
λ = c / f — comprimento de onda é velocidade da luz dividida pela frequência. Rádio AM tem λ ~ centenas de metros; raios gama têm λ ~ 10⁻¹² m.
Parabéns — você completou o curso!
Você cobriu os conceitos fundamentais de Eletromagnetismo: carga elétrica, eletrização, Lei de Coulomb, campo magnético, força de Lorentz e ondas eletromagnéticas.
Continue seus estudos explorando o potencial elétrico, capacitores, circuitos RC e a lei de Faraday nas próximas lições do portal.