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Adição de experimentos que comprovavam a carga elementar e definição da quantização de carga.
m
(Adição de experimentos que comprovavam a carga elementar e definição da quantização de carga.)
= Carga Elementar =
A '''carga elementar''' é aquela carga elétrica transportada por um único próton ou, de maneira equivalente em módulo, por um único elétron. Ela é ''exatamente'' -1,602 176 634 × 10­ ̄ ¹⁹<sup>-19</sup> C <ref name=":0">{{Citar web |url=https://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?e |titulo=CODATA Value: elementary charge |acessodata=2020-09-02 |website=physics.nist.gov}}</ref> e, convencionalmente se utiliza as letras ''e'' ou ''<var>q</var><sub>e</sub>'' para denotá-la. Ela é uma constante física fundamental, expressa no Sistema Internacional (S.I.) por Coloumb, que entrou em rigor em 20 de maio de 2019 pelo sistema métrico internacional moderno de medição, pois, durante muito tempo, a preocupação dos cientistas era redefinir as unidades inteiramente em constantes físicas, removendo qualquer dependência de objetos físicos, como foi o caso do Protótipo Internacional do Quilograma (''[[:en:International_Prototype_of_the_Kilogram|IPK - International Prototype of the Kilogram]]''). <ref name=":0" /> <ref>"[https://www.bipm.org/utils/common/pdf/si-brochure/SI-Brochure-9.pdf SI Brochure: The International System of Units]". 9 ed. v1.07. Paris, França. 2019.</ref>
 
=== Histórico ===
 
==== Experimento da gota de óleo ====
[[Ficheiro:Simplified scheme of Millikan’s oil-drop experiment.svg|miniaturadaimagem|Esquema simplificado do experimento da gota de óleo de Robert Millilkan]]
O experimento da gota de óleo conduzido por Millikan e [[:en:Harvey_Fletcher|Harvey Fletcher]] segue, resumidamente, o seguinte esquema: Os pesquisadores suspenderam gotículas de óleo carregadas entre dois eletrodos de metal, gerando um equilíbrio entre a força gravitacional que agia sobre as gotas e o campo elétrico criado com os eletrodos <ref name=":1" /> <ref name=":2">{{Citar web |url=https://courses.lumenlearning.com/introchem/chapter/millikans-oil-drop-experiment/#:~:text=In%201909,%20Robert%20Millikan%20and,upward%20drag%20and%20electric%20forces. |titulo=Millikan’s Oil Drop Experiment {{!}} Introduction to Chemistry |acessodata=2020-09-05 |website=courses.lumenlearning.com}}</ref>, assim, a somatória dessas forças envolvidas seria nula e, teríamos:
 
'''<math>m \times g = q \times E</math>'''
 
Onde,
 
''m'': massa de uma gota; ''g'': aceleração da gravidade; ''E'': campo elétrico aplicado; ''q'': carga na gota.
 
A densidade do óleo era bem conhecida, então, a massa poderia ser determinada apenas sabendo o raio daquelas gotículas, aplicando a fórmula do volume de uma esfera e, em seguida, determinando a massa. Assim, como o campo elétrico era controlado por eles, a gravidade é uma constante conhecida e os valores de massa obtidos, seria possível determinar o valor da carga ''q''. Ao repetir inúmeras vezes o experimento, Millikan e Fletcher observaram que as cargas obtidas eram múltiplas de um de um valor fundamental. Nos seus cálculos, o valor era 1,5924 × 10 <sup>−19</sup> Coulombs (C), variando apenas entre 1% do valor aceito atualmente. <ref name=":1" /> <ref name=":2" />
 
== Quantização da carga ==
Quando dizemos que a carga é "elementar", significa que estamos tratando de uma unidade indivisível de carga. Isso vai de encontro com o princípio de quantização da carga, de que qualquer objeto é '''múltiplo inteiro''' da carga elementar. Assim, os valores de carga de um objeto podem ser, por exemplo, 2''e'', -1''e'', 0''e'', ou seja, n.''e'', ∀ n ∈ ℤ. Porém há exceções, dependendo do "objeto" de análise é definido, veja a seguir.
 
=== Cargas menores que a carga elementar ===
Atualmente, conhecemos dois tipos de exceções a indivisibilidade da carga elementar: [[Quark|quarks]] e [[Quasipartícula|quasipartículas]].
 
* '''Quarks:''' São partículas de carga elétrica fracionada, quantizadas em (+ 2/3)''e'' para alguns tipos e (- 1/3)''e'' para outros. Porém, essas partículas nunca foram identificadas em sua forma livre, são sempre confinadas em [[Hádron|hádrons]]. Ademais, as únicas possíveis combinações de quarks e antiquarks observadas são tais que, a partícula resultante é sempre um múltiplo inteiro de carga elementar (''e''). <ref name=":3">{{Citar periódico |titulo=A física dos quarks e a epistemologia |url=http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_abstract&pid=S1806-11172007000200001&lng=en&nrm=iso&tlng=pt |jornal=Revista Brasileira de Ensino de Física |data=00/2007 |issn=1806-1117 |paginas=161–173 |numero=2 |acessodata=05-09-2020 |doi=10.1590/S1806-11172007000200001 |lingua=pt |primeiro=Marco Antonio |ultimo=Moreira |publicado=}}</ref>
* '''Quasipartículas:''' Como o próprio nome diz, elas são quase-partículas, definidas em física, como um distúrbio em um meio, mas que podem se comportar como uma partícula, tendo tamanho, energia e momento, além de, também, sofrerem colisões. <ref>{{Citar web |url=https://www.britannica.com/science/quasiparticle |titulo=Quasiparticle {{!}} physics |acessodata=2020-09-05 |website=Encyclopedia Britannica |lingua=en}}</ref> Pelo fato de não serem propriamente [[Partícula elementar|partículas elementares]], elas não são consideradas uma violação do princípio da quantização de carga.
 
=== Quantum de carga ===
O ''[[quantum]]'' é definido como o menor valor possível de certas grandezas físicas. Ao olhar para as [[Partícula elementar|partículas elementares]], nos deparamos com cargas elétricas de (± 1/3''e'', ± 2/3''e'') <ref name=":3" />, assim, por definição, o "quantum de carga" seria (1/3)''e''. Logo, a "carga elementar" seria três vezes maior que o "quantum de carga".
 
Por outra perspectiva, todas as partículas que podem ser isoladas são múltiplos inteiros de ''e'', pois como já foi dito acima, os quarks não existem como partículas livres, podendo, apenas, estarem em conjuntos, como no caso do próton, onde temos dois quarks ''up'' (carga +2/3) e um quark ''down'' (carga -1/3). Por esse motivo, é plausível dizer que o "quantum de carga" é simplesmente ''e'', desde que os quarks não sejam incluídos. Nesse caso, "carga elementar" e "quantum de carga" seriam sinônimos.
 
== Referências ==