Imaginemos dois corpos eletrizados, colocados nas proximidades um do outro; a experiência mostra que eles se atraem ou se repelem, dependendo do sinal das cargas de cada um. Esse fato é conhecido desde o século XVIII, a partir do trabalho realizado em 1734 por Charles Du Fay, e pode ser resumido pela frase "cargas iguais se repelem e cargas opostas se atraem".
Mas isso é muito pouco! Precisamos saber mais a respeito dessas forças elétricas.
Em 1766 Joseph Priestly descobriu que as forças elétricas se comportavam de maneira semelhante às forças gravitacionais. Suas conclusões podem ser resumidas assim:
# a força elétrica (de atração ou de repulsão) é diretamente proporcional à quantidade de carga contida em cada corpo (quanto mais carregados, maior a força);
# a força age segundo a direção da linha imaginária que une os dois corpos;
# a força é inversamente proporcional à distância entre os dois corpos, e depende do inverso do quadrado dessa distância.
Tais conclusões só foram totalmente aceitas depois que Charles de Coulomb executou medidas muito cuidadosas, em 1785, elaborando depois a expressão matemática que ficou conhecida como "Lei de Coulomb".
Voltemos agora à experiência da caneta. Quando a esfregamos na roupa, conseguimos atrair pedacinhos de papel, de linha, fragmentos de isopor, algodão e outros objetos leves. Mas esses objetos não foram inicialmente eletrizados: estão neutros! Quer dizer que, para sofrer atração elétrica o objeto não precisa estar eletrizado também? A resposta é: ele não precisa estar eletrizado, mas precisa estar polarizado. Vejamos como é isso.
Ao aproximarmos um corpo eletrizado de um neutro, os átomos deste último "sentem" a presença das cargas externas que estão nas vizinhanças (lembremos que o átomo, embora neutro, possui cargas positivas no centro e negativas na parte externa). Imaginemos que o corpo eletrizado seja positivo (no caso contrário o raciocínio é semelhante). Em tal situação as nuvens eletrônicas (que são negativas) do corpo neutro são atraídas pelas cargas positivas externas e se deformam.
Já que isso acontece com todos os átomos do corpo neutro, resulta um acúmulo de cargas negativas na extremidade próxima ao corpo positivo, e um acúmulo de cargas positivas na extremidade distante.
Os átomos do corpo neutro continuam neutros, mas suas cargas se deslocaram. De acordo com a Lei de Coulomb, quanto menor a distância maior a força, e por isso a atração exercida sobre as negativas (que estão mais próximas) é maior do que a repulsão sobre as positivas (que estão mais distantes). Resultado final: atração! Os papeizinhos grudam na tampa da caneta, e os fragmentos de palha grudam no âmbar.
A atração de partículas polarizadas é usada em purificadores de ar, onde uma grade eletrizada atrai e retém grãozinhos microscópicos de poeira. Esse mesmo princípio é utilizado em chaminés de indústrias, para extrair, da fumaça, o seu conteúdo particulado e assim diminuir a poluição do ar.
Como se calcula o valor da força elétrica? Usando a Lei de Coulomb! A Lei de Coulomb é o resumo das observações de Priestly em forma de equação matemática. Dizemos que Priestly fez observações "qualitativas", e que Coulomb as expressou em forma "quantitativa".
A afirmação de que "a força elétrica é diretamente proporcional à quantidade de carga contida em cada corpo" é escrita em linguagem matemática como uma multiplicação entre as duas cargas. A força é também inversamente proporcional ao quadrado da distância, então fazemos uma divisão pela distância elevada ao quadrado. Fica assim:
Fel (q1 × q2) ÷ d2
A expressão acima não é ainda uma equação, porque nela não aparece o sinal de "igual". O símbolo "" significa "proporcional". Como transformar a expressão em equação? Foi esse o trabalho de Coulomb. Fazendo suas medições minuciosas, ele verificou que para transformar a "proporcionalidade" em "igualdade" estava faltando um fator multiplicativo. Representando esse fator pela letra ko podemos escrever:
F = ko (q1 × q2) ÷ d2
Essa é a Lei de Coulomb.
O conceito de força é muito útil nas aplicações práticas da Física e da Engenharia, e sua unidade no Sistema Internacional é o "newton" (símbolo N). Por coerência, as cargas devem ser expressas em coulombs (C), e a distância em metros (m). Nesse sistema de unidades o valor da constante de proporcionalidade ko será de 9,0×109 N.m2 / C2. Para o ar e para o vácuo pode-se usar esse valor sem correções, mas para os outros meios materiais é necessário dividí-lo pela correspondente constante dielétrica.
Alguns exemplos:
Meio Material Constante Dielétrica (k)
Vácuo 1,0000
Ar 1,0005
Água 78
Óleo 4,6
Vidro 4,5
Papel 3,5
Polietileno 2,3
Mica 5,4
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