Processos de Eletrização - Lei de Coulomb

Processos de Eletrização - Lei de Coulomb

CORPOS ELETRIZADOS

A carga elétrica de um próton é chamada de carga elétrica elementar, sendo representada por e; no Sistema Internacional, seu valor é:

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

A carga de um elétron é negativa, mas, em módulo, é igual à carga do próton:

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

Os nêutrons têm carga elétrica nula. Como num átomo o número de prótons é igual ao número de elétrons, a carga elétrica total do átomo é nula.

De modo geral os corpos são formados por um grande número de átomos. Como a carga de cada átomo é nula, a carga elétrica total do corpo também será nula e diremos que o corpo está neutro. No entanto é possível retirar ou acrescentar elétrons de um corpo, por meio de processos que veremos mais adiante. Desse modo o corpo estará com um excesso de prótons ou de elétrons; dizemos que o corpo está eletrizado.

Exemplo 1

A um corpo inicialmente neutro são acrescentados 5,0 . 10⁷ elétrons. Qual a carga elétrica do corpo?

Resolução

A carga elétrica do elétron é q_E = - e = - 1,6 . 10^-19 C. Sendo N o número de elétrons acrescentados temos: N = 5,0 . 10⁷.

Assim, a carga elétrica (Q) total acrescentada ao corpo inicialmente neutro é:

Q = N . q_E = (5,0 . 10⁷) (-1,6 . 10^-19 C) = - 8,0 . 10^-12 C

Q = - 8,0 . 10^-12 C

Frequentemente as cargas elétricas dos corpos é muito menor do que 1 coulomb. Assim usamos submúltiplos. Os mais usados são:

Quando temos um corpo eletrizado cujas dimensões são desprezíveis em comparação com as distâncias que o separam de outros corpos eletrizados, chamamos esse corpo de carga elétrica puntiforme.

Dados dois corpos eletrizados, sendo Q₁ e Q₂ suas cargas elétricas, observamos que:

I. Se Q₁ e Q₂ tem o mesmo sinal (Figura 1 e Figura 2), existe entre os corpos um par de forças de repulsão.

II. Se Q₁ e Q₂ têm sinais opostos (Figura 3), existe entre os corpos um par de forças de atração.

A LEI DE COULOMB

Consideremos duas cargas puntiformes Q₁ e Q₂, separadas por uma distância d (Figura 4). Entre elas haverá um par de forças, que poderá ser de atração ou repulsão, dependendo dos sinais das cargas. Porém, em qualquer caso, a intensidade dessas forças será dada por:

Onde k é uma constante que depende do meio. No vácuo seu valor é .

Essa lei foi obtida experimentalmente pelo físico francês Charles Augustin de Coulomb (1736-1806) e por isso é denominada lei de Coulomb.

Se mantivemos fixos os valores das cargas e variarmos apenas a distância entre elas, o gráfico da intensidade de em função da distância tem o aspecto da Figura 5.

Exemplo 2

Duas cargas puntiformes estão no vácuo, separadas por uma distância d = 4,0 cm. Sabendo que seus valores são Q₁ = - 6,0 . 10^-6 C e Q₂ = + 8,0 . 10^-6 C, determine as características das forças entre elas.

Resolução

Como as cargas têm sinais opostos, as forças entre elas são de atração. Pela lei da Ação e Reação, essas forças têm a mesma intensidade a qual é dada pela Lei de Coulomb:

temos:

CONDUTORES E ISOLANTES

Há materiais no interior dos quais os elétrons podem se mover com facilidade. Tais materiais são chamados condutores. Um caso de interesse especial é o dos metais. Nos metais, os elétrons mais afastados dos núcleos estão fracamente ligados a esses núcleos e podem se movimentar facilmente. Tais elétrons são chamados elétrons livres.

Há materiais no interior dos quais os elétrons têm grande dificuldade de se movimentar. Tais materiais são chamados isolantes. Como exemplo podemos citar a borracha, o vidro e a ebonite.

ELETRIZAÇÃO POR ATRITO

Quando atritamos dois corpos feitos de materiais diferentes, um deles transfere elétrons para o outro de modo que o corpo que perdeu elétrons fica eletrizado positivamente enquanto o corpo que ganhou elétrons fica eletrizado negativamente.

Experimentalmente obtém-se uma série, denominada série triboelétrica que nos informa qual corpo fica positivo e qual fica negativo. A seguir apresentamos alguns elementos da série:

... vidro, mica, lã, pele de gato, seda, algodão, ebonite, cobre...

quando atritamos dois materiais diferentes, aquele que aparece em primeiro lugar na série fica positivo e o outro fica negativo.

Assim, por exemplo, consideremos um bastão de vidro atritado em um pedaço de lã (Figura 6). O vidro aparece antes da lã na série. Portanto o vidro fica positivo e a lã negativa, isto é, durante o atrito, o vidro transfere elétrons para a lã.

Porém, se atritarmos a lã com um bastão de ebonite, como a lã aparece na série antes que a ebonite, a lã ficará positiva e a ebonite ficará negativa (Figura 7).

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