Fisica

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Laboratório de Física FÍSICA 4 Determinação da carga elementar
1. OBJETIVO Neste experimento deseja-se determinar o valor da carga elementar a partir do processo de eletrólise, verificando as leis de Faraday para o processo de deposição de íons.

2. INTRODUÇÃO TEÓRICA 2.1. A carga elétrica No modelo de átomo aceito atualmente os nêutrons e prótons se encontram rigidamente ligados, constituindoum núcleo denso e praticamente “imóvel”. Os elétrons que constituem o átomo se distribuem em camadas em torno do núcleo, constituindo algo semelhante a uma “nuvem”. Elétrons têm carga elétrica negativa dada por e = - 1,60210-19 C e prótons têm carga elétrica positiva de p = + 1,60210-19 C. A diferença nos sinais algébricos das cargas existe para distinguir o tipo de interação que existe entreelas. Ao valor de |e| = p = 1,60210-19 C dá-se o nome de carga elementar. Para a carga elétrica, deve-se verificar dois aspectos fundamentais: 1) A carga elétrica é sempre conservada. Cargas podem ser transferidas de um sistema para outro, de um objeto para outro, mas a carga total é sempre conservada; 2) A carga elétrica é quantizada. Corpos adquirem carga líquida sempre em múltiplos inteiros dacarga elementar. 2.2. A corrente elétrica Denomina-se de “corrente elétrica” ao fluxo de cargas elétricas livres que pode ocorrer em certos meios materiais (“meios condutores”). Esses meios condutores podem ser sólidos metálicos ou soluções de íons (eletrolíticas) e as cargas livres também são usualmente denominadas de “portadores de carga”. Essas cargas possuem grande mobilidade e, se sofrerem aação de uma força elétrica, elas podem migrar de forma “organizada” pelo meio condutor, dando origem a uma corrente elétrica. Os materiais dielétricos (ou isolantes) não possuem cargas livres e mesmo forças elétricas de intensidade relativamente altas não conseguem dar mobilidade às cargas do dielétrico. Nos condutores metálicos, os portadores de cargas são os elétrons de condução. Já nas soluçõeseletrolíticas, os íons diluídos no solvente são constituídos por dissociação de moléculas de sais, ácidos ou bases. A dissociação destas moléculas produz íons positivos e íons negativos. Ambos possuem grande mobilidade na solução, de modo que pequenas forças elétricas são capazes de deslocá-los através da solução, gerando um fluxo de cargas que é a corrente elétrica. A intensidade da correnteelétrica é uma grandeza fundamental do Sistema Internacional de Unidades e é medida em ampère (A). Ela é definida como sendo a quantidade de cargas por unidade de tempo que migra pelo meio condutor. Formalmente, podemos escrever:

I

Q t

onde:

Q é a quantidade de carga elétrica, medida em Coulomb; t é o intervalo de tempo, medido em segundos;
I é a intensidade de corrente elétrica,medida em ampère. Note que a carga é uma grandeza derivada e 1 coulomb é descrito como a quantidade de carga que migra por um meio condutor durante o intervalo de tempo de 1 segundo, quando a intensidade de corrente é de 1 ampère. 2.3. O mecanismo clássico da corrente elétrica numa solução eletrolítica A força elétrica que atua em uma carga (de qualquer sinal) é devido à ação de um campo elétrico,gerado por qualquer processo, sobre a carga. Um dos processos que pode gerar um campo elétrico em uma região do espaço é estabelecer uma diferença de potencial entre dois pontos da região. De fato, a diferença de potencial (ou tensão) entre dois pontos genéricos A e B de uma região é formalmente descrita como sendo:

V  VA  VB   E  dL
A

B

Se na região não existe campo elétrico, atensão é certamente nula. Se o campo na região é uniforme (ou seja, o vetor campo elétrico é o mesmo em módulo, direção e sentido em todos os pontos da região) a diferença de potencial é não nula e, aplicando esta propriedade da uniformidade do campo na expressão acima, teremos:

V  VAB  VA  VB  E  d AB  cos
onde: dAB é o comprimento do segmento de reta que une os pontos A e B, medido...
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