A Lei de Coulomb

Entre os primeiros investigadores, Coulomb, suspeitara que a força elétrica diminuía com a distância como a força da gravidade (ou seja, como o inverso do quadrado da distância). Forças elétricas entre objetos carregados foram medidas quantitativamente por
Charles Coulomb usando a balança de torção, que ele mesmo inventou.

Representação da balança de torção de Coulomb – Mundo Educação

Por meio do experimento, balança de torção, Coulomb confirmou que a força elétrica entre duas esferas carregadas (eletricamente) é proporcional ao inverso do quadrado da distância de separação r, ou seja:

F_e\propto \frac{1}{r^2}

Deste modo, com as esferas eletricamente neutras substituídas por carregadas, a força elétrica entre as esferas carregadas A e B na no experimento faz com que as esferas tanto se atraiam ou se repilam, e o movimento resultante faz com que a fibra suspensa se torça.

Imagine um corpo se distanciar da órbita da Terra, quanto mais se afasta, menos influência possui da força gravitacional. Aplicando o mesmo conceito, quando as esferas do instrumento de experimentação estiverem carregadas com cargas elétricas opostas, resultará em uma força de repulsão.

Portanto, o módulo da força eletrostática entre duas partículas carregadas com cargas q_1 e q_2 e separadas por uma distância r:

F_e= k_e \frac{\left | q_1 \right |\left | q_2 \right |}{r^2}

Constante de Coulomb

Onde k_e é a constante de Coulomb. Contudo, a força eletrostática F_e é dada em Newtons se, as cargas forem dadas em coulombs e se a distância de separação for em metros.

A mesma constante é escrita como:

k_e = \frac{1}{4\pi \varepsilon_0}

Neste ínterim, a constante: \varepsilon_e tem como permissividade no vácuo o valor de 8,9876 \times 10^9 \textup{N} \cdot \textup{m}^{2} \textup{C}^{2} .

O Valor de 1 Coulomb

Retornando à estrutura dos átomos, a carga elétrica de um elétron é -1,60 \times 10^-19 \textup{C}. Já o próton +1,60 \times 10^-19 \textup{C}. Assim, 1 C de carga é igual ao módulo da carga \left ( -1,60 \times 10^{-19} \textup{C} \right )^{-1} = 6,25 \times 10^{18} elétrons.

Isso significa que se realizássemos em um experimento eletrostático, a fricção de uma haste de borracha ou de vidro, a carga total a ser obtida é de 10^{-6} = 1 \mu \textup{C}. Em resumo, apenas uma pequena fração do total de elétrons é transferida entre a haste e o material de fricção.

No entanto, a equação da força eletrostática deve levar em conta a direção, que deve ser encontrada considerando-se onde estão localizadas as partículas e o sinal cada carga. Para isto, a representação gráfica em eletrostática é importantíssima para análise do problema.

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