PROCESSOS DE ELETRIZAÇÃO
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- Marisa Vilarinho Cordeiro
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1 PROCESSOS DE ELETRIZAÇÃO Noções de Carga Elétrica No século VI a.c., o matemático e filósofo grego Tales, natural da cidade de Mileto, observou que ao atritar uma resina fóssil (o âmbar) com tecido, esta adquiria a propriedade de atrair pequenos pedaços de palha. Daí iniciou se a história da eletricidade. A palavra grega que significa âmbar é elektron, que deu origem as palavras elétron e eletricidade. Se pegarmos dois bastões de âmbar (ou de vidro) e atritarmos com tecido, notaremos que estes bastões se atraem. Para explicar tal fenômeno é necessária a compreensão da estrutura da matéria. Todos os corpos são constituídos por inúmeros átomos. Os átomos são constituídos principalmente por três partículas elementares: prótons, elétrons e nêutrons. Para entendermos como estas partículas se distribuem nos átomos podemos pensar no seguinte modelo: Os prótons e os nêutrons estão fortemente coesos numa região central chamada de núcleo, enquanto os elétrons giram ao redor deste núcleo, constituindo a eletrosfera. Por meio de experiências constatou-se que os elétrons se repelem, o mesmo acontecendo com os prótons. O elétron e o próton se atraem. Para explicar estes acontecimentos, estabeleceuse que prótons e elétrons possuem uma propriedade física, denominada carga elétrica. Outras experiências mostram que os prótons e os elétrons possuem comportamentos elétricos opostos, por isso devem possuir cargas elétricas de sinais opostos. Sendo assim, convencionou-se que o próton teria carga positiva e o elétron carga negativa. Os nêutrons não são nem atraídos nem repelidos por nenhuma carga elétrica, por isso o nêutron é eletricamente neutro. No átomo o número de prótons é igual ao número de elétrons e ele é eletricamente neutro, daí pode-se concluir que o módulo da carga do próton é igual ao módulo da carga do elétron. O valor absoluto dessas cargas é denominado carga elétrica elementar e é simbolizado por e. Ela recebe este nome, pois é a menor quantidade de carga que podemos encontrar na natureza. A unidade de medida de carga elétrica no SI é o Coulomb (C), em homenagem ao físico francês Charles Augustin de Coulomb ( ). O valor de e no SI tem o seguinte valor aproximado: e = 1, C Como os prótons estão presos no núcleo, os elétrons é que são transferidos de um corpo para o outro quando atritamos dois corpos. Um corpo com excesso ou falta de elétrons é chamado de corpo eletrizado. Quantização da Carga Elétrica Quando um corpo é eletrizado, ele recebe ou perde um número inteiro de elétrons. Por isso a carga elétrica de um corpo é quantizada, ou seja, é um múltiplo inteiro da carga elétrica elementar. Representando por Q a carga elétrica de corpo eletrizado, temos: Q = ± ne (n = 1, 2, 3,...)
2 Princípios da Eletrostática A Eletrostática fundamenta se em dois princípios: Princípio da atração e repulsão Partículas eletrizadas com cargas de mesmo sinal se repelem, enquanto partículas eletrizadas com cargas de sinais contrários se atraem. Figura 1. Cargas de mesmo sinal se atraem e de sinais contrários se repelem. Princípio da conservação das cargas elétricas Num sistema eletricamente isolado, a soma algébrica das cargas elétricas é constante. Se colocarmos alguns corpos em um sistema eletricamente isolado, poderá ocorrer troca de cargas elétricas entre eles, mas a soma algébrica dessas cargas elétricas será a mesma durante toda a troca. Figura 2 Corpos eletrizados em um sistema eletricamente isolado antes da troca de cargas. Figura 3 Corpos eletrizados em um sistema eletricamente isolado após a troca de cargas. Para estes dois corpos: Q A + Q B = Q A + Q B
3 Quando há mais corpos, podemos escrever: Q antes da troca = Q' depois da troca Condutores e Isolantes Elétricos Em alguns materiais, os elétrons mais afastados dos núcleos estão fracamente ligados a eles, por isso apresentam grande liberdade de movimentação. Esses elétrons são chamados de elétrons livres e os materiais são chamados de condutores elétricos. Nos demais materiais, essa liberdade de movimentação praticamente não existe, pois os elétrons estão fortemente ligados ao núcleo. Esses materiais não possuem elétrons livres e são denominados isolantes elétricos ou dielétricos. É importante ressaltar que tanto um condutor como um isolante podem ser eletrizados. Só que num isolante as cargas permanecem na região onde ocorreu o processo de eletrização, já nos condutores a carga elétrica se distribui por toda a superfície externa. Na prática não existem condutores e isolantes perfeitos e sim bons condutores, como os metais e o grafite, e bons isolantes, como a borracha e o vidro. Processos de Eletrização Como vimos,os elétrons é que são transferidos para que um corpo seja eletrizado. Desta maneira um corpo neutro deve receber elétrons, para ficar eletrizado negativamente, e ceder elétrons, para ficar eletrizado positivamente. Eletrização por atrito Ao atritarmos dois corpos neutros de diferentes, um deles recebe elétrons do outro, ficando eletrizado negativamente, enquanto o outro que cedeu os elétrons, fica carregado positivamente. Os corpos atritados adquirem cargas de mesmo módulo e sinas contrários. Ao se atritar, por exemplo, lã com um bastão de vidro, este passa a apresentar carga positiva, enquanto a lã apresentará carga negativa. Agora, se eletrizarmos um pedaço de lã com um bastão de ebonite, este passará a ter carga negativa, enquanto a lã passará a ter carga positiva. Nota se do experimento acima que um corpo pode adquirir carga positiva ou negativa dependendo do material que é atritado com ele. Convencionou se então, uma lista chamada série triboelétrica, que funciona da seguinte maneira: Um dado material fica eletrizado positivamente ao ser atritado com outro material que sucede na lista, e fica eletrizado negativamente ao ser atritado com outro material que o precede. Exemplo de materiais dispostos numa série triboelétrica:...vidro, cabelo humano, lã, seda, algodão, âmbar, ebonite, isopor, plástico,... Eletrização por contato Colocando - se dois condutores em contato, um eletrizado (A) e outro neutro (B), B se eletrizará com carga de mesmo sinal que A.
4 Figura 4 Eletrização por contato Considerando condutores esféricos e de mesmo raio, após o contato as esferas apresentaram cargas iguais: Figura 5 Eletrização por contato Figura 6 Eletrização por contato Condutores em contato com a Terra Quando um condutor eletrizado entra em contato com a Terra ele se torna neutro. Se ele tiver eletrizado com carga negativa, o excesso de elétrons escoará para a Terra. Caso o condutor esteja eletrizado com carga positiva, os elétrons subirão da Terra para neutralizá-lo. Pode se dizer então que todo corpo eletrizado se descarrega ao entrar em contato coma Terra. Figura 7 Condutores carregados em contato com a Terra
5 Eletrização por indução Quando aproximamos um condutor eletrizado (A) de um condutor neutro (B), provocamos no condutor neutro uma redistribuição dos seus elétrons livres. Este fenômeno é chamado de indução eletrostática. Considerando que A esteja eletrizado positivamente, os elétrons livres de B se acumulam na região de B mais próxima de A, enquanto que a região de B mais afastada fica com falta de elétrons. O condutor eletrizado é chamado de indutor e o condutor neutro é chamado de induzido. Figura 8 Fenômeno da indução eletrostática Para eletrizarmos o condutor B utilizando a indução eletrostática, devemos seguir os seguintes passos: 1. Aproxima se o indutor do induzido. Figura 9 Eletrização por indução 2. Na presença do indutor, liga se o induzido à Terra.Texto corrido Figura 10 Eletrização por indução
6 3. Ainda na presença do indutor, desliga se o induzido da Terra. Figura 11 Eletrização por indução 4. Afasta se o indutor do induzido Figura 12 Eletrização por contato É importante ressaltar que a carga adquirida pelo induzido tem sinal contrário a do indutor. Se o indutor tivesse carga negativa, após seguir o procedimento acima, o induzido ficaria com carga positiva.
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