A eletricidade é o termo utilizado para descrever os fenômenos relacionados às cargas elétricas e aos corpos carregados eletricamente. Além disso, também se refere a uma área extensa de estudo na física. A eletricidade está diretamente ligada à energia elétrica, que é essencial para o funcionamento de diversos dispositivos elétricos.

A compreensão da eletricidade é essencial para entender diversos fenômenos físicos, químicos e biológicos presentes na natureza. Essa compreensão é especialmente importante para o Exame Nacional do Ensino Médio (Enem), que frequentemente aborda processos fundamentais relacionados à interação entre cargas elétricas.

Confira também: O grafeno é considerado um dos materiais mais eficientes na condução de eletricidade.

Origem da eletricidade

A energia elétrica tem sua origem nas cargas elétricas, que são características das partículas subatômicas, como os prótons e elétrons. Essas duas partículas possuem a mesma quantidade de carga elétrica, aproximadamente 1,6.10 -19 C, porém têm sinais contrários.

A energia elétrica é uma forma de energia que é transmitida através da movimentação de partículas chamadas elétrons em condutores.

A carga elétrica é considerada uma propriedade discreta ou quantizada porque não é possível que existam frações de prótons ou elétrons dentro dos átomos. Isso significa que toda a carga elétrica presente em um corpo eletrizado é igual a um múltiplo inteiro da carga elétrica fundamental.

Quando um átomo apresenta características elétricas: Eletricidade e a Lei de Coulomb

Segundo a lei de Coulomb, cargas elétricas com sinais opostos se atraem por meio da força elétrica. Essa força é influenciada pelo campo elétrico, uma propriedade das cargas.

Assim como a força elétrica, o campo elétrico é uma propriedade vetorial , ou seja, em cada ponto do espaço ao redor de uma carga elétrica existe um módulo, uma direção e um sentido de campo elétrico. Ademais, de acordo com o SI , a unidade de medida de campo elétrico é o newton por coulomb (N/C).

A constante eletrostática do vácuo, representada por k 0, é igual a 9.10^9 Nm²/C².

Quando ocorre a manifestação de propriedades elétricas em um átomo?

Quando uma carga elétrica livre é deixada em uma região com um campo elétrico, ela se desloca e gera corrente elétrica. A corrente pode ser definida como o movimento das cargas devido a uma diferença de potencial. Na figura abaixo, está apresentada a fórmula utilizada para calcular a corrente elétrica.

O campo elétrico é uma característica da carga que varia de acordo com o valor absoluto dessa carga e diminui à medida que a distância entre a carga e o ponto onde se deseja medir sua intensidade aumenta. A fórmula do campo elétrico pode ser expressa da seguinte forma: [insira aqui a fórmula].

O que faz um átomo ser neutro?

Os elétrons são partículas subatômicas com carga negativa. No entanto, um átomo no seu estado fundamental é considerado neutro porque possui a mesma quantidade de elétrons e prótons. Os prótons são partículas com carga positiva que estão presentes no núcleo do átomo. Essa igualdade entre as cargas negativas dos elétrons e as cargas positivas dos prótons resulta em uma anulação das cargas, fazendo com que o átomo fique sem carga líquida, ou seja, neutro.

Isso significa que os elétrons não manifestam suas propriedades elétricas quando o átomo está em seu estado fundamental. Isso ocorre porque as forças atrativas entre os prótons e os elétrons equilibram-se perfeitamente, mantendo o átomo eletricamente neutro.

No entanto, quando um átomo recebe energia suficiente para excitar seus elétrons ou quando interage com outros elementos químicos através de reações químicas ou ligações iônicas, pode ocorrer uma mudança nas propriedades elétricas do átomo. Nesses casos, os elétrons podem ser transferidos entre diferentes camadas eletrônicas ou compartilhados entre dois ou mais átomos para formar moléculas carregadas eletricamente (íons). É nesse momento que o átomo passa a manifestar suas propriedades elétricas e pode se tornar um condutor de ele

Quando um átomo apresenta características elétricas: eletricidade e potencial elétrico

O potencial elétrico é a energia que uma carga adquire ao ser colocada em um determinado ponto de um campo elétrico. Essa característica não está relacionada à carga em si, mas sim à intensidade do campo elétrico presente.

O potencial elétrico, também conhecido como tensão elétrica ou diferença de potencial, é uma grandeza escalar que representa a energia elétrica por unidade de carga. A unidade de medida do potencial elétrico é o volt (V), equivalente a joules por coulomb (J/C).

O motivo da neutralidade elétrica do átomo

Cada átomo é composto por partículas subatômicas chamadas prótons e elétrons. Os prótons têm carga elétrica positiva, enquanto os elétrons possuem carga negativa. É importante ressaltar que o número de prótons em um átomo é igual ao número de elétrons presentes nele.

Essa igualdade no número de prótons e elétrons resulta na neutralidade elétrica do átomo como um todo. Isso significa que a carga positiva dos prótons se equilibra com a carga negativa dos elétrons, tornando o átomo eletricamente neutro.

Para ilustrar esse conceito, podemos pensar em uma bola dividida ao meio: metade pintada de vermelho (representando os prótons) e metade pintada de azul (representando os elétrons). Se houver o mesmo número de partes vermelhas e azuis, a bola será visualmente neutra, sem predominância de cor.

Outro exemplo prático é observar íons carregados eletricamente. Quando um átomo ganha ou perde um ou mais elétron(s), ele se transforma em um íon com carga positiva ou negativa respectivamente. Essas mudanças ocorrem porque há desequilíbrio entre as cargas dos prótons e dos elétrons.

Portanto, entender que todo átomo possui igual quantidade de prótons e elétrons nos ajuda a compreender sua natureza eletricamente neutra. Essa característica fundamental tem implicações importantes na química e física das substâncias, pois influencia nas interações entre os diferentes elementos químicos presentes na matéria.

Geração de eletricidade por átomos

A maior parte da eletricidade que usamos em todo o mundo é gerada por meio do fenômeno chamado indução eletromagnética, que é descrito pela lei de Faraday-Lenz. Essa lei afirma que quando a quantidade de linhas de campo magnético atravessando um condutor fechado varia ao longo do tempo, uma corrente elétrica surge no condutor para compensar essa variação.

A força eletromotriz induzida, também conhecida como tensão induzida (V), é um fenômeno que ocorre quando há uma variação no fluxo magnético em um circuito. Essa variação gera uma corrente elétrica induzida, resultando em uma diferença de potencial ou tensão. A força eletromotriz induzida é medida em volts (V) e desempenha um papel fundamental na geração de eletricidade por meio da indução eletromagnética.

A variação do fluxo de campo magnético é representada pela letra grega ΔΦ e medida em weber (Wb).

A geração de eletricidade em usinas hidrelétricas, termoelétricas, nucleares, eólicas e geotérmicas segue um processo semelhante: a transformação da energia mecânica (cinética e potencial) em energia elétrica através do movimento de um grande gerador.

O dínamo é composto por uma bobina de fios condutores que pode girar dentro de um magneto. A mudança no ângulo em que as linhas do campo magnético atravessam a bobina resulta na geração de uma corrente elétrica alternada.

O modelo de Thomson: o que ele afirma?

O experimento realizado por J.J. Thomson indicava que os elétrons estavam localizados em uma região do átomo com carga positiva. Isso levou ao desenvolvimento do modelo de átomo proposto por Thomson, conhecido como o “modelo pudim de ameixa” ou “pudim com passas”. Esse modelo foi criado em 1898 e sugeria que os elétrons eram distribuídos aleatoriamente dentro da estrutura positiva do átomo, assim como as passas são distribuídas no pudim.

Uma maneira prática de entender esse conceito é imaginar um bolo de chocolate com gotas de chocolate espalhadas uniformemente pela massa. Nesse caso, a massa representaria a parte positiva do átomo e as gotas seriam os elétrons dispersos dentro dessa estrutura. Essa analogia ajuda a visualizar como o modelo pudim de ameixa descreve a organização dos componentes fundamentais do átomo.

Outra forma simples de compreender essa ideia é pensar em uma tigela cheia de uvas verdes misturadas com uvas-passa. As uvas verdes representariam a parte positiva do átomo e as uvas-passa seriam os elétrons presentes nessa região carregada positivamente. Assim como no modelo pudim de ameixa, esses elementos estão intercalados uns aos outros sem seguir um padrão específico.

Quando um Átomo Apresenta Características Elétricas

O consumo de energia elétrica refere-se à quantidade de energia utilizada pelos aparelhos eletrônicos. No Brasil, essa medida é feita em quilowatt-hora (kWh), que representa uma quantidade específica de energia, equivalente a 3,6 x 10^6 joules.

A fim de determinar a quantidade de energia elétrica utilizada por um dispositivo, é necessário conhecer dois elementos: sua potência em kW (se estiver expressa em watts, deve ser dividida por 1000) e o tempo durante o qual esse dispositivo permanece operando. Essas informações são essenciais para aplicarmos a fórmula correspondente.

Normalmente, ao calcular o consumo de energia elétrica, considera-se o período mensal. É importante lembrar que a duração diária de operação do dispositivo é multiplicada por 30 para determinar a quantidade de energia consumida durante um mês. Em seguida, multiplica-se essa quantidade em kWh pelo preço de cada kWh.

A eficiência dos eletrodomésticos pode ser medida através de duas grandezas: potência e rendimento do receptor. Esses indicadores são utilizados para avaliar o desempenho dos aparelhos elétricos.

Diferença entre íons e átomos neutros

Os átomos são as unidades básicas que compõem toda a matéria ao nosso redor. Eles são formados por partículas subatômicas, como prótons, elétrons e nêutrons. Quando um átomo é neutro, isso significa que ele possui o mesmo número de prótons (partículas carregadas positivamente) e elétrons (partículas carregadas negativamente). Essa igualdade de cargas faz com que o átomo não tenha uma carga líquida e seja considerado eletricamente neutro.

No entanto, em algumas situações, os átomos podem ganhar ou perder elétrons. Isso ocorre quando há interações com outras substâncias ou condições específicas. Quando um átomo perde elétrons, ele se torna um cátion e adquire uma carga positiva porque agora tem mais prótons do que elétrons. Por outro lado, quando um átomo ganha elétrons, ele se transforma em um ânion e passa a ter uma carga negativa porque agora tem mais elétrons do que prótons.

É importante ressaltar que esses íons ainda são compostos pelos mesmos elementos químicos dos quais eram formados originalmente; apenas sua carga líquida foi alterada pela perda ou ganho de elétron(s). No entanto, vale destacar também que nem todos os elementos têm facilidade para perder ou ganhar elétrons – alguns possuem maior tendência a fazer isso do que outros.

Quando um átomo revela suas propriedades elétricas: exercícios resolvidos

Um exemplo de avanço tecnológico para recargas rápidas é um protótipo de bateria tridimensional de íon-lítio. Supondo que a bateria esteja inicialmente descarregada, ela é carregada com uma corrente média de 3,2 A até atingir sua carga máxima de Q = 0,8 Ah. O tempo necessário para carregar completamente a bateria é o seguinte:

Podemos empregar a equação da corrente elétrica para determinar o período, em horas, requerido para que a bateria seja carregada por completo. Veja abaixo:

Segundo o cálculo realizado, leva-se aproximadamente 15 minutos para a bateria ficar completamente carregada, o que equivale a um quarto de hora. Portanto, a resposta correta é a opção C.

Antigamente, as lâmpadas incandescentes eram amplamente utilizadas na iluminação residencial. No entanto, devido à preocupação com a preservação dos recursos naturais, essas lâmpadas estão sendo substituídas por opções mais econômicas, como as lâmpadas fluorescentes compactas e de LED. Um exemplo disso é uma residência que costumava usar 10 lâmpadas incandescentes de 100 W durante aproximadamente 5 horas por dia. Agora, essas lâmpadas foram trocadas por 10 lâmpadas fluorescentes compactas que consomem apenas 20 W cada uma e também ficam ligadas pelo mesmo período diário.

Ao adotar um preço de R$ 0,40 por quilowatt-hora, é possível obter uma economia significativa ao longo de um mês com 30 dias.

Vamos aplicar a fórmula de consumo de eletricidade para resolver o problema, considerando os casos em que são utilizadas lâmpadas incandescentes e lâmpadas fluorescentes. Em seguida, para calcular a economia energética, precisaremos encontrar a diferença no consumo de energia e multiplicá-la pelo valor do kWh em reais.

Após realizar os cálculos, constatamos que houve uma economia de R$ 48 em energia elétrica ao final de um período de 30 dias. Portanto, a resposta correta é a opção B.

A neutralidade elétrica da matéria

Em condições de equilíbrio, qualquer material é eletricamente neutro, contendo igual número de prótons e elétrons. No entanto, quando ocorrem alterações na distribuição dos elétrons em um átomo ou molécula, propriedades elétricas podem ser manifestadas. Essas mudanças podem resultar em cargas positivas ou negativas no material.

Aqui estão algumas situações em que um átomo pode manifestar propriedades elétricas:

1. Ionização: Quando um átomo perde ou ganha elétrons para se tornar um íon carregado positiva ou negativamente.

2. Ligação iônica: Ocorre quando dois átomos com diferentes afinidades eletrônicas se unem através da transferência de elétrons.

3. Polaridade molecular: Alguns compostos moleculares têm uma distribuição desigual de carga dentro da molécula, criando polos positivos e negativos.

4. Eletronagatividade: A capacidade de atrair elétrons para si mesma por parte de um elemento químico pode criar diferenças nas cargas entre os átomos envolvidos na ligação química.

5. Excitação eletrônica: Quando a energia é fornecida a um átomo, seus elétrons podem saltar para níveis mais altos e retornarem ao estado fundamental emitindo luz visível ou ultravioleta.

Esses são apenas alguns exemplos das várias maneiras pelas quais as propriedades elétricas podem ser manifestadas em um átomo. O estudo desses fenômenos é fundamental para entender a eletricidade e suas aplicações na ciência e tecnologia.

Transformação de átomos em íons

Quando um átomo eletricamente neutro recebe elétrons, ocorre uma mudança em sua configuração eletrônica. Essa mudança resulta na formação de um íon com carga elétrica negativa, conhecido como ânion. Isso acontece porque o elétron é uma partícula carregada negativamente e ao ser adicionado a um átomo neutro, altera seu equilíbrio de cargas.

Nessa nova configuração, o número de prótons no núcleo do átomo permanece inalterado, pois os prótons são partículas carregadas positivamente e não participam diretamente das reações químicas que envolvem a transferência ou compartilhamento de elétrons. No entanto, o número total de elétrons aumenta-se.

Esses elétrons adicionais ocupam novos orbitais ao redor do núcleo atômico e contribuem para a estabilidade do ânion formado. A quantidade exata de elétrons adicionados depende da carga final desejada para o íon. Por exemplo, se um átomo receber dois elétrons extras durante uma reação química, ele se tornará um ânion com carga -2.

Definição de ionização atômica

A ionização é um processo fundamental no qual um átomo ou uma molécula adquire uma carga elétrica, seja ela negativa ou positiva. Isso ocorre quando o átomo ganha ou perde elétrons durante reações químicas. Quando um átomo ganha elétrons, ele se torna carregado negativamente e forma um íon negativo, também conhecido como ânion. Por outro lado, quando um átomo perde elétrons, ele se torna carregado positivamente e forma um íon positivo, chamado de cátion.

Durante a ionização, os elétrons são transferidos entre os átomos envolvidos na reação química. Esses elétrons podem ser doados por um átomo para outro que possui maior afinidade por eles. Esse processo resulta em uma mudança nas propriedades físicas e químicas dos elementos envolvidos.

Os íons formados durante a ionização possuem cargas opostas aos seus respectivos átomos originais. Essas cargas fazem com que os íons interajam uns com os outros e com outras substâncias presentes no ambiente ao seu redor. Essas interações iônicas são responsáveis pela condução de eletricidade em soluções aquosas contendo sais dissolvidos.

Carga elétrica de um átomo

Os átomos encontram-se geralmente neutros, o que significa que possuem uma carga elétrica total nula. No entanto, existem situações em que um átomo pode manifestar propriedades elétricas e adquirir uma carga positiva ou negativa. Isso ocorre devido à presença de partículas subatômicas chamadas prótons (com carga positiva), elétrons (com carga negativa) e nêutrons (sem carga). A interação entre essas partículas determina as propriedades elétricas dos átomos.

Aqui estão algumas situações em que um átomo pode manifestar propriedades elétricas:

1. Ionização: Quando um átomo perde ou ganha elétrons, ele se torna um íon carregado positivamente ou negativamente.

2. Ligação iônica: Átomos com diferentes afinidades eletrônicas podem transferir elétrons uns para os outros, formando íons opostamente carregados que se atraem mutuamente.

3. Ligação covalente polar: Nesse tipo de ligação química, dois átomos compartilham pares de elétrons de forma desigual, resultando em uma distribuição assimétrica da nuvem eletrônica e na formação de polos parciais positivos e negativos.

4. Polaridade molecular: Moléculas compostas por ligações covalentes polares podem apresentar regiões com cargas parciais distintas, criando momentos dipolares.

5. Eletronagatividade: Alguns elementos têm maior tendência a atrair elétrons do que outros durante uma ligação química, resultando em uma distribuição desigual de carga dentro da molécula.

6. Excitação eletrônica: Quando um átomo absorve energia suficiente, seus elétrons podem saltar para níveis de energia mais elevados, tornando-se temporariamente carregados positivamente.

7. Descarga elétrica: Em condições específicas, como descargas atmosféricas ou correntes elétricas em gases ionizados, os átomos podem manifestar propriedades elétricas e se tornarem carregados.

Essas são apenas algumas das situações em que um átomo pode manifestar propriedades elétricas. A compreensão desses fenômenos é fundamental para entender a eletricidade e suas aplicações na ciência e tecnologia modernas.

A composição de um átomo

Os prótons são partículas eletricamente carregadas encontradas no núcleo do átomo. Eles possuem carga positiva e sua quantidade determina o número atômico de um elemento específico. Por exemplo, o hidrogênio tem apenas um próton em seu núcleo enquanto o oxigênio possui 8.

Já os elétrons têm carga negativa e orbitam ao redor do núcleo dos átomos em camadas chamadas de “níveis de energia”. Esses elétrons estão constantemente se movendo entre diferentes camadas energéticas ou interagindo com outros átomos para formar ligações químicas.

Por fim, os nêutrons não possuem carga elétrica – eles são neutros – mas desempenham um papel importante na estabilidade dos átomos. Eles também estão localizados no núcleo junto aos prótons.