Lei De Coulomb

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.1

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.2 3

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:1

\vec{F} = \frac{1}{4\pi\varepsilon_0} \frac{q_1q_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.1

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_1q_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_1q_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