Eletrização - Eletrostática

Eletrização - Eletrostática

Corpos Eletrizados

Vimos que o próton e o elétron têm a mesma carga em módulo; essa carga é chamada carga elétrica elementar e é representada por e.

e = 1,6 . 10-19 coulomb = 1,6 . 10-19 C

Porém, a carga do próton é positiva e a carga do elétron é negativa:

carga do próton = + e = 1,6.10-19 C

carga do elétron = - e = -1,6 . 10-19 C

Num átomo, o número de prótons é igual ao número de elétrons e, assim, a carga total de um átomo é nula; dizemos que o átomo é neutro. Assim, em geral, a carga total de um corpo formado por muitos átomos será nula. No entanto existem processos pelos quais um corpo pode ganhar ou perder elétrons e, assim, deixa de ser neutro: dizemos que o corpo está eletrizado.

Exemplo 1

Um corpo que estava inicialmente neutro, ganha 5,0 . 107 elétrons. Qual a carga com que fica o corpo?

Resolução

Ao ganhar elétrons o corpo ficará com mais elétrons do que prótons e, assim, sua carga total Q ficará negativa.

O número de elétrons ganhos é

N = 5,0 . 107

e a carga de cada elétron é

-e = -1,6 . 10-19 C

Assim, a carga total do corpo será:

Q = N . (-e)

Q = (5,0 . 107) (-1,6 . 10-19 C)

Q = -8,0 . 10-12 C

Dizemos então que o corpo está eletrizado negativamente.

Eletrização por Atrito

Um dos processos pelos quais podemos eletrizar um corpo é o atrito (Fig. 1). Atritando-se corpos de materiais diferentes, há passagem de elétrons de um corpo para o outro, de modo que um dos corpos fica eletrizado positivamente (perdeu elétrons e o outro fica eletrizado negativamente (ganhou elétrons)).

Fig. 1

Se atritarmos um bastão de vidro num pedaço de lã, como ilustra a Fig. 1, a experiência mostra que existe passagem de elétrons do vidro para a lã (Fig. 2a) de modo que o vidro fica eletrizado positivamente (Fig. 2b) e a lã fica eletrizada negativamente.

Fig. 2a

Fig. 2b

Série Triboelétrica

Quando atritamos dois corpos quaisquer, se quisermos saber qual ficará positivo e qual ficará negativo, podemos consultar uma tabela obtida experimentalmente, chamada série triboelétrica (o termo tribo deriva de uma palavra grega que significa esfregar, atritar). Na Fig. 3 apresentamos uma parte dessa tabela. Quando atritamos dois corpos de materiais diferentes, o que aparece mais acima na tabela fica eletrizado positivamente enquanto o que aparece mais abaixo fica eletrizado negativamente. Assim, por exemplo, se atritarmos lã com vidro, como o vidro aparece acima da lã, o vidro fica positivo e a lã negativa (Fig. 4a). Porém, se a lã for atritada com o âmbar, como a lã fica acima do âmbar na tabela, a lã fica positiva e o âmbar negativo (Fig. 4b).

       

Fig. 4a

Fig. 4b

Condutores e Isolantes

Como já vimos, nos materiais condutores, os elétrons podem se mover com facilidade enquanto nos isolantes há muita dificuldade para essa movimentação. Por isso, quando atritamos dois corpos feitos de materiais isolantes, a eletrização se limita às regiões atritadas (Fig. 5).

Fig. 5

No entanto, no caso de corpos feitos de materiais condutores, as cargas em excesso se distribuem por toda a superfície do corpo (Fig. 6). Do mesmo modo, no corpo que fica positivo, a falta de elétrons ocorre por toda a superfície do corpo.

Fig.6

O corpo humano é um bom condutor de eletricidade. Assim, se fizermos um experimento de eletrização em que um dos corpos (ou ambos) é condutor, a tendência é que a carga em excesso do corpo condutor se escoe por nosso corpo, indo para a Terra. Assim, para que o corpo não se descarregue, devemos usar luvas de material isolante (por exemplo, a borracha).

Eletrização por Contato

Quando um corpo eletrizado é colocado em contato com um corpo inicialmente neutro, uma parte das cargas do corpo eletrizado passa para o corpo neutro e, assim, os dois corpos ficam eletrizados com cargas de mesmo sinal. Quando o corpo que estava neutro é de material isolante, as cargas recebidas ficam restritas à região de contato. No entanto quando o corpo é de material condutor, o excesso de cargas se distribui por todo o corpo.

Contato entre Condutores

Na Fig. 7a consideramos uma situação em que há um corpo condutor A, carregado negativamente e corpo condutor B, inicialmente neutro. Ao colocarmos os corpos em contato (Fig. 7b), alguns elétrons de A passam para B de modo que, na situação final os dois corpos estão carregados negativamente (Fig. 7c) de modo que o corpo maior terá carga maior que o corpo menor (em módulo).

a)

b)

c)  

Fig. 7

Na Fig. 8 exemplificamos o caso em que o condutor eletrizado A tem carga positiva. Ao ser colocado em contato com o condutor neutro B, alguns elétrons livres de B serão atraídos por A. Desse modo, o corpo B fica com falta de elétrons e, assim; carregado positivamente.

 

Fig. 8

Contato com a Terra

Como mencionamos acima, quando dois condutores são colocados em contato, estando pelo menos um deles eletrizado, após o contato, o corpo maior fica com mais carga que o corpo menor (em módulo). Acontece que a Terra é um bom condutor. Assim, quando um corpo condutor, inicialmente eletrizado é ligado com a Terra, desde que o corpo seja muito menor do que a Terra, a tendência é que o corpo perca praticamente toda a carga. Na Fig. 9 exemplificamos essa situação:

Fig. 9

Nos desenhos esquemáticos, a Terra é representada pelo símbolo (), como ilustra a Fig. 10.

Fig. 10

Caso Particular

A carga dos corpos condutores após o contato depende na realidade de dois fatores: tamanho e forma; em geral é difícil saber com quanta carga ficará cada corpo após o contato. No entanto há um caso particular em que é fácil saber a carga final de cada corpo: é o caso de dois condutores esféricos de mesmo tamanho. Nesse caso, após o contato, os corpos ficarão com a mesma carga.

Exemplo 2

Dois condutores esféricos de mesmo tamanho A e B, estão inicialmente afastado, com cargas QA = -8 C e QB = -4 C. Se colocarmos esses corpos em contato, qual será a carga de cada um após o contato?

Resolução

A carga total antes do contato é:

Q = QA + QB = (-8C) + (-4C) = -12C

Como os condutores são esféricos e de mesmo tamanho, após o contato os dois terão a mesma carga, isto é, a carga total inicial Q se divide em duas partes iguais. Assim, após o contato, as cargas de A e B (QA' e QB') serão iguais à metade da carga total Q:

 QA' = QB' =      
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Sumário

- Corpos Eletrizados
- Eletrização por Atrito
i. Série Triboelétrica
ii. Condutores e Isolantes
- Eletrização por Contato
i. Contato entre Condutores
ii. Contato com a Terra
iii. Caso Particular

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