Voltar para 01 – Aparelhos Eletromagnéticos

01 – Força Elétrica

Talvez seja mais fácil explicar o que é a força elétrica começando por dizer o que não é força elétrica. Além da força magnética, que também será tratada neste curso, conhecemos bem a força gravitacional, descrita como a atração que a matéria exerce sobre a matéria. Sabemos também que existe uma “força forte“, com este nome mesmo, que mantém os núcleos atômicos unidos. E temos a “força fraca“, com um nome particularmente curioso, que está presente em processos de decaimento radioativo. Concluímos, assim, a nossa lista das forças que não são força elétrica.
 

Em cursos de Mecânica, tratamos também da força normal, exercida, por exemplo, pelo chão em nosso pé, opondo-se à força gravitacional e nos mantendo parados em cima do chão. Trabalhamos também com forças elásticas, e forças de atrito e seus coeficientes estático e dinâmico, e que também podem ser descritas em termos de viscosidade ou forças resistivas. Porém, todos estes fenômenos são explicados, em seu nível mais fundamental, pelas forças elétricas sentidas por prótons e elétrons.

Podemos concluir, portanto, que a força elétrica está tão presente em nossa vida cotidiana como a força gravitacional. Aliás, se tirarmos a força gravitacional, ouso dizer que os primeiros exemplos de forças que encontramos no dia a dia são diferentes manifestações da força elétrica. Ela é a força que segura um parafuso na roda de um carro, que sustenta o voo de um avião ou que age no cimento, mantendo nossas paredes firmes. Porém, descrever estes fenômenos a partir da força elétrica é tarefa complicadíssima, dado o imenso número de partículas carregadas envolvidas. Daí, criamos apelidos para as diferentes manifestações de força elétrica. Se ela impede um movimento, a chamamos de força de atrito, se impulsionamos um objeto utilizando um elástico, a chamamos de força elástica. E se tomamos um choque no fio elétrico, bem, neste caso, usamos o seu nome original, ou seja, força elétrica.

Como dissemos antes, os exemplos cotidianos não são os ideais para entender a força elétrica. Então, buscamos situações simplificadas, que podem parecer distantes do cotidiano, mas que nos ajudam a compreender o mecanismo de atuação desta força. Por isso, começamos qualquer estudo da força elétrica com problemas um pouco artificiais, esferas carregadas, fios infinitos, este tipo de coisas. Aos poucos, podemos começar a tomar exemplos mais sofisticados de atuação da força elétrica, como circuitos, lâmpadas, fiação, motores elétricos, que serão os principais temas abordados neste curso. E espero que, aos poucos, possamos voltar aos exemplos cotidianos mencionados anteriormente, e enxergar as muitas formas nas quais a força elétrica está presente em nossas vidas.

Nossa primeira tarefa é quantificar a força elétrica. A sua estrutura é muito similar à da força gravitacional, mas com algumas diferenças fundamentais. Enquanto a força gravitacional é causada pela matéria, a força elétrica é causada por cargas elétricas. Assim como a força gravitacional, a força elétrica perde intensidade à medida que nos afastamos da fonte de força, e, na mesma taxa, ou seja, a força elétrica entre duas cargas cai com o quadrado da distância entre estas cargas. Mas, ao contrário da força gravitacional, que é sempre atrativa, a força elétrica pode ser tanto atrativa como repulsiva. Cargas opostas se atraem, enquanto cargas de mesmo sinal se repelem. Podemos notar a semelhança ao escrevermos as forças gravitacional e elétrica :

A força elétrica é atrativa, se as cargas têm sinais opostos, e repulsiva, se têm sinais iguais. Há ótimas páginas na internet com vasto material de apoio, por exemplo, esta página e esta página.

Mas como comparar a intensidade dessas forças? Como comparar uma massa com uma carga elétrica? Para seguirmos nessa comparação, devemos descer ao nível fundamental da matéria, o átomo, e comparar as forças gravitacionais e elétricas sentidas por dois átomos.

Para simplificar o problema, vamos pensar em um próton e um elétron. Estas partículas têm massa, e portanto são atraídas gravitacionalmente uma pela outra. E também têm cargas elétricas opostas, e portanto sentem uma atração elétrica. Se calcularmos a razão entre a força elétrica e a força gravitacional destas partículas, temos o seguinte número:

 

ou seja, a força elétrica é imensamente maior que a força gravitacional!  

Então, como não sentimos a força elétrica agindo em nós o tempo todo? Bem, há duas maneiras de responder a esta pergunta. Uma é que sentimos sim, pois, como já foi dito, qualquer força de contato é, na verdade, uma manifestação de forças elétricas. Mas podemos dizer, também, que as forças elétricas estão muito bem escondidas, pois praticamente toda a matéria é composta de partículas positivas e negativas em igual número e, portanto, as forças elétricas de atração e repulsão acabam por se equilibrar. Na gravitação, isso não ocorre, e apesar da força gravitacional ser muito mais fraca, sendo sempre atrativa, o resultado final pode vencer a força elétrica entre dois corpos.

Mas qualquer minúsculo desequilíbrio entre a quantidade de partículas carregadas positivamente e negativamente faz com que a força elétrica apareça. E entende-se com estes números porque temos de ter tanto cuidado ao lidar com energia elétrica. Onde está presente, a força elétrica pode ser incrivelmente intensa, tudo causado por um pequeno desequilíbrio numérico entre a quantidade de partículas carregadas.