Calculadora de excesso de elétrons

A carga elétrica é quantizada: a matéria comum adquire carga líquida negativa quando contém mais elétrons do que prótons e carga líquida positiva quando elétrons são removidos. O módulo da carga de um elétron é exatamente 1.602176634e-19 coulomb pela definição do SI. Assim, dividir o módulo de uma carga líquida medida por essa carga elementar permite estimar o número de elétrons responsáveis pelo desequilíbrio. O resultado não precisa ser um inteiro exato quando a entrada é um valor experimental arredondado. Esta calculadora informa a magnitude do desequilíbrio de elétrons. Uma carga negativa do objeto corresponde a elétrons em excesso, enquanto uma carga positiva corresponde fisicamente ao mesmo número de elétrons ausentes. Como o campo solicita o módulo da carga, qualquer sinal é tratado como valor absoluto nos cálculos numéricos. A ferramenta não implica a existência de frações de elétrons; as casas decimais decorrem da precisão da medição e do arredondamento da exibição. Os resultados adicionais pressupõem uma esfera condutora isolada com carga distribuída uniformemente na superfície externa. Sua área é quatro vezes pi vezes o raio ao quadrado; portanto, a densidade superficial média é a carga dividida por essa área. Imediatamente fora de um condutor esférico, a intensidade do campo elétrico é a constante de Coulomb multiplicada pela carga e dividida pelo raio ao quadrado. É o mesmo campo de uma carga pontual no centro da esfera, mas apenas na superfície esférica ou fora dela. Objetos reais podem não atender a essas hipóteses. A carga se concentra perto de bordas afiadas e pontas, condutores próximos distorcem o campo, materiais isolantes podem reter regiões com carga não uniforme e o meio ao redor altera a resposta elétrica por meio da permissividade. Em campos muito elevados, a ionização do ar, a descarga corona ou a ruptura dielétrica podem remover carga. Assim, a densidade e o campo calculados são referências ideais, não uma simulação eletrostática detalhada nem um limite de segurança. Use coulombs para a carga e metros para o raio. A notação científica é conveniente porque as cargas eletrostáticas podem ser minúsculas: um microcoulomb equivale a 1e-6 C e um nanocoulomb a 1e-9 C. O raio não afeta o número de elétrons, pois esse número depende apenas da carga. Dobrar o raio reduz tanto a densidade superficial média quanto o campo elétrico superficial a um quarto, pois ambos variam com o inverso do quadrado do raio. A calculadora auxilia em exercícios de física, verificações de plausibilidade em laboratório, demonstrações eletrostáticas e comparações de esferas carregadas. Medições de um eletrômetro ou copo de Faraday podem ser rapidamente convertidas em um desequilíbrio de partículas. Para trabalhos de precisão, preserve o sinal separadamente, inclua a incerteza de medição, use a permissividade do material quando apropriado e resolva a geometria real com eletrostática analítica ou numérica.