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.

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.

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:

${\vec {F}}={\frac {1}{4\pi \varepsilon _{0}}}{\frac {q_{1}q_{2}}{r^{2}}}{\hat {r}}$,

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.

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:

${\vec {F}}=k{\frac {q_{1}q_{2}}{r^{2}}}{\hat {r}}$,

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:

${\vec {F}}={\frac {1}{4\pi \varepsilon _{0}}}{\frac {q_{1}q_{2}}{(x^{2}+y^{2}+z^{2})^{3/2}}}(x{\hat {\imath }}+y{\hat {\jmath }}+z{\hat {k}})$,

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

Balança de Coulomb.

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 estudo 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 eléctrica adjacente à de carga fixa sobre a haste..

Ligações externas

• «Lei de Coulomb-Exercicios Resolvidos»