Eletricidade: Eletroestática
DE ARREPIAR OS CABELOS Mesmo um corpo neutro, como o organismo da garota, fica eletrizado quando entra em contato com um objeto eletricamente carregado
Do que os elétrons são capazes
Na Antiguidade, acreditava-se que o átomo era uma unidade indivisível, o tijolo fundamental de toda a matéria do universo. No decorrer do tempo, descobriu-se que um átomo é constituído de partículas ainda menores. Hoje, o modelo atômico descreve um átomo como um núcleo constituído de partículas chamadas prótons e nêutrons, rodeado de outras partículas, elétrons, que circulam na região chamada eletrosfera.
Prótons, nêutrons e elétrons têm comportamentos elétricos distintos. Essa diferença de comportamento tem tudo a ver com a diferença entre suas cargas elétricas. Diferentes partículas têm diferentes cargas: os prótons têm carga elétrica positiva e os elétrons, carga elétrica negativa. Os nêutrons, como o nome diz, são neutros, não têm carga elétrica. O ramo da física que estuda os fenômenos elétricos relacionados a cargas elétricas em repouso é a eletrostática.
Carga elétrica: É a propriedade física que permite a partículas e corpos interagir com outros corpos por meio de uma força eletromagnética.
As cargas elétricas de um próton e de um elétron têm sinais opostos. Mas, em módulo, têm o mesmo valor, a chamada carga elétrica elementar (e):
e ≅ 1,6.10-19 C, em que C é o coulomb, unidade de medida da carga elétrica no S.I.
Assim:
• um elétron tem carga elétrica de aproximadamente – 1,6 . 10-19 C;
• um próton tem carga de 1,6 . 10–19 C.
Um corpo é formado de muitos elétrons e prótons. Mas nem todo corpo é carregado eletricamente. Um corpo que tenha a mesma quantidade de prótons e elétrons apresenta a mesma quantidade de carga elétrica positiva e negativa. Isso o torna neutro.
Além disso, um átomo pode ganhar ou perder elétrons, ou seja, transferir carga elétrica para outro átomo. Um corpo se torna eletrizado quando seus átomos tiverem uma quantidade de elétrons maior ou menor que a de prótons. Os átomos que têm excesso ou falta de elétrons são chamados íons. Em resumo:
→ Corpo neutro: tem o mesmo número de prótons e elétrons em sua composição.
→ Corpo eletrizado positivamente: tem um número menor de elétrons que de prótons em sua composição. O corpo tem falta de elétrons.
→ Corpo eletrizado negativamente: tem um número maior de elétrons que de prótons em sua composição. O corpo tem excesso de elétrons.
Os materiais são classificados como condutores ou isolantes elétricos. Aqueles que permitem que as partículas portadoras de carga elétrica fluam livremente são chamados condutores elétricos. É o caso dos metais, como o cobre utilizado em fios elétricos, e das soluções aquosas, que têm íons livres, como a salmoura. Materiais isolantes (ou dielétricos) são aqueles em que as partículas com carga elétrica não têm facilidade de se locomover. São isolantes a borracha, a madeira,o papel, o ar e o algodão.
Prótons, nêutrons e elétrons têm cargas elétricas distintas
Das duas partículas eletricamente carregadas que constituem um átomo, apenas o elétron pode ser transferido de um átomo a outro. Nunca o próton.
Q q: Em física, as letras Q e q representam a quantidade de carga elétrica de um corpo.
Processos de eletrização
Um corpo pode ser eletrizado por diferentes processos. Seja qual for o processo, dois princípios são sempre válidos:
→ As partículas portadoras de carga elétrica de mesmo sinal se repelem, enquanto as partículas portadoras de carga elétrica de sinais
opostos se atraem;
→ Num sistema eletricamente isolado, a carga elétrica não se altera. Ou seja, a soma algébrica (levando em conta o sinal das cargas) das
quantidades de carga elétrica em um sistema eletricamente isolado é um valor constante.
Eletrização por atrito
Quando dois corpos neutros se atritam, um transfere para o outro elétrons (e, portanto,carga elétrica). Isso ocorre porque em alguns materiais os elétrons têm uma ligação mais fraca com o núcleo do átomo. Quando atritamos dois corpos neutros, a tendência é que os elétrons de ligação mais frouxa sejam perdidos para os átomos do outro corpo.
Os materiais são classificados segundo essa facilidade de perder elétrons na chamada série triboelétrica. Quanto mais alta a posição do material na tabela, maior a facilidade de perder elétrons. Veja:
Ao fim da eletrização por atrito, o corpo neutro que perdeu elétrons fica com carga positiva. O que ganhou elétrons, com carga negativa.
Eletrização por contato
Um corpo condutor pode transferir elétrons para outro por simples contato. Veja:
Sempre que dois corpos com diferentes quantidades de carga ficam em contato, eles entram em equilíbrio eletrostático – param de transferir carga de um para o outro. Num sistema eletricamente isolado, a soma algébrica das quantidades de carga elétrica é constante. Ou seja, a soma das cargas QA e QB , depois da separação dos corpos, é igual à soma antes do contato. No caso em que os corpos são idênticos, cada condutor guarda a metade da soma da quantidade de carga:
Muitas vezes, as medidas são dadas em múltiplos e submúltiplos de uma unidade, como gigavolts, miliampères e nanômetros. Veja aqui o símbolo e o significado matemático dos principais prefixos
Eletrização por indução
A eletrização por indução é um processo de transferência de carga elétrica entre corpos sem que haja contato entre eles. Veja:
Se, depois de cortar o fio terra, o corpo induzido B for afastado de A, as cargas elétricas de B se distribuirão por toda sua superfície:
A indução ocorre também de indutores com carga negativa para corpos de carga neutra. A diferença é que, ao final, o corpo induzido ficará
com carga positiva, em vez de negativa. Seja como for, o corpo indutor não pode ser afastado do induzido antes de cortar o fio terra, ou o
processo de indução não se completará.
Força Elétrica
As forças que atuam em duas cargas, Q e q, formam um par ação-reação: têm o mesmo módulo, a mesma direção, mas sentidos opostos. Isso vale entre cargas de sinais iguais e de sinais opostos:
O módulo da força de atração ou repulsão entre duas cargas elétricas é calculado pela lei de Coulomb, que estabelece a relação entre a intensidade de duas cargas pontuais em repouso e a distância entre elas. Veja:
Cargas pontuais: são aquelas cujas dimensões são muito pequenas em relação às distâncias envolvidas. Nesse caso, as dimensões podem ser desprezadas.
→ | Q | e | q |são os módulos das duas cargas pontuais, medidos em coulomb (C);
→ d é a distância que separa as duas cargas pontuais, no S.I. medida em metros (m);
→ k0 é a constante eletrostática do vácuo e vale 9 . 109 N . m2/C .
A força elétrica surge também entre uma partícula carregada e outra neutra. Veja:
