Organizador prévio 1: carga elétrica e campo elétrico

São poucos os recursos tecnológicos contemporâneos que não fazem uso da eletricidade, que também desempenha papel importantíssimo na medicina, quer seja quanto aos fenômenos biológicos ou quanto aos equipamentos contemporâneos. Para citar apenas alguns exemplos: raios-X, tomografia computadorizada, ressonância magnética nuclear, pet scan, ultrassonografia, eletroencefalograma, eletrocardiograma, entre outros. Além disso, praticamente todas as funções e atividades dos corpos dos seres vivos de algum modo envolvem eletricidade. A ação cerebral é basicamente de natureza elétrica. Por exemplo, o neurônio¹, principal componente do nosso tecido nervoso, é uma célula especializada na recepção, interpretação e transmissão de sinais elétricos.

Outro caso biológico interessante, curioso e que continua desafiando os cientistas é o dos peixes elétricos, como esse, peixe elétrico azul Cichlid, exposto no aquário de Houston (EUA). A pergunta que ainda não tem resposta consensual é: como eles desenvolvem a habilidade de produzir descargas elétricas? Em um artigo científico publicado recentemente por pesquisadores da Universidade do Texas e da Universidade Estadual de Michigan (EUA), os autores concluíram que o fenômeno tem a ver com mutação genética e com variação de potencial elétrico nos neurônios.

Resumindo tudo isso, podemos dizer que não importa onde ocorra o fenômeno elétrico, ele sempre tem sua origem na existência de cargas elétricas. Isso é assim nos dispositivos eletrônicos, nos equipamentos médicos ou nos fenômenos biológicos em seres vivos. Essencialmente, a carga elétrica existente na natureza vem dos elétrons e dos prótons, componentes básicos dos átomos. Eu disse essencialmente porque na prática é assim, mas na verdade a carga elétrica na natureza também é conduzida por outras partículas elementares. No entanto, essa discussão está além do que vamos estudar nessa disciplina. É certo dizer que tudo que tem a ver com eletricidade termina chegando aos elétrons e prótons. Os elétrons possuem carga negativa e os prótons possuem carga positiva. Essas cargas têm sinais diferentes, mas o valor é o mesmo. Ao longo do curso você vai saber qual é o valor da carga do elétron e do próton.

Cargas de mesmo sinal se repelem, enquanto cargas de sinais contrários se atraem. Como elas se repelem ou se atraem? Por meio da força elétrica.

Você vai aprender que essa força tem um nome: força coulombiana, porque foi Charles Augustin de Coulomb quem descobriu, em 1783, a lei que resulta na fórmula dessa força. Ou seja, a força elétrica entre duas cargas é dada pela lei de Coulomb.

No dia a dia estamos acostumados com força de contato: podemos empurrar ou puxar alguma coisa. No caso da Lei de Coulomb, diz-se que se trata de uma ação à distância, porque as cargas não se tocam. Mas, essa ideia de ação à distância desagradou muita gente, até que na década de 1830 Michael Faraday introduziu a ideia de campo elétrico, que estabelece o contato entre as cargas. Ou seja, uma carga cria um campo elétrico, e esse age na outra carga, produzindo a força de atração ou repulsão.

A atração entre as cargas se manifesta na continuidade das linhas do campo entre elas, enquanto na repulsão as linhas de campo se repelem no espaço entre as cargas.

Então, vou refazer a frase que coloquei acima: Tudo que tem a ver com eletricidade termina chegando na carga e no campo elétrico.

Notas