FÍSICA Professor Ricardo Fagundes MÓDULO 16 ELETROSTÁTICA I - CARGA ELÉTRICA
A carga elétrica total (Q) que um corpo nada mais é que a soma de todas as suas cargas. Como as únicas partículas carregadas que estudaremos serão os prótons e os elétrons, podemos dizer que: Q total = n prótons n`elétrons e PROCESSOS DE ELETRIZAÇÃO Para alterar a quantidade total de cargas de um corpo, este deve ser eletrizado. Existem algumas formas de eletrizar um corpo, mas em todas, o corpo ganha ou perde elétrons. Não há alteração no número de prótons (o número atômico é permanece inalterado). Imaginando o átomo como o núcleo e as eletrosferas ao redor (modelo planetário), os elétrons que estão nas camadas mais externas saem com maior facilidade, devido à menor proximidade com o núcleo positivo (quanto maior a distância entre as cargas, menor será a força de atração/repulsão entre elas).
Vamos imaginar dois corpos neutros (n p = n e ). Ao atritarmos um ao outro, um deles irá perder e outro irá receber elétrons. O corpo que perder elétrons ficará positivo e o que receber ficará negativo. Ou seja, após a eletrização por atrito, os corpos passam a se atrair. Importante notarmos que a soma das cargas após o processo de eletrização é sempre igual a situação inicial (Princípio da Conservação de cargas). Existem corpos que tem mais tendência a receber elétrons e outros a doá-los.
Vamos imaginar as partículas sob processos de eletrização sempre como esferinhas. Quanto maior o raio da partícula (de mesmo material), maior será a sua capacidade de armazenar cargas (Capacitância). Ao colocarmos n esferas em contato, as cargas serão dividas entre si, sendo o fator de ponderação, seus raios. Ou seja, após o processo de eletrização por contato, os corpos passam a se repelir.
EXEMPLO 1 Três esferas metálicas, A, B e C, de raios R A = 2 R B = 3 R C e cargas Q A = 1 μc = Q B e Q C = - 1 μc será colocada em contato na seguinte ordem: A com B, B com C e A com C. Quais serão as cargas de cada uma após o final dos processos de eletrização por contato?
RESOLUÇÃO Como o raio de A é o dobro do B: Q A + Q B = Q A`+ QB` Q A`= 2QB` Então: 2μ = 3Q B` QB`= 2 3 μc e Q A`= 4 3 μc
RESOLUÇÃO Q B + Q C = Q B`+ QC` e Q B` = 3 2 Q C` Então: 2 3 + 1 μ= 3 2 Q ` 1 C`+Q C 3 μ= 5 2 Q C ` Q C `= 2 15 μc e Q B `= 1 5 μc
RESOLUÇÃO Q A +Q C =Q A `+QC ` e Q A `=3QC` Logo: 4 3 μ+ 2 15 μ=4q C` 6 5 μ=4q C ` Q C `=0,3μC e QA `=0,9μC
Observe que, em cada contato, o sinal das cargas ao final do processo é sempre o mesmo, indicando repulsão. Outra observação é que, a somas das cargas após o processo é igual a soma das cargas iniciais: Q A `=0,9μC, QB`= 0,2μC e QC `=0,3μC
Faça o seguinte: pegue um pente ou uma caneta esferográfica de plástico e atrite em seus cabelos. Após, coloque-o(a) próximo de pedacinhos de papel. O resultado é que os pedacinhos se sentirão atraídos pelo pente/caneta. O que aconteceu foi que o objeto de plástico ficou eletrizado (eletrização por atrito), causando uma redistribuição das cargas na superfície do papel:
OBSERVAÇÃO Se dois corpos se repelem, podemos afirmar que suas cargas têm sinais iguais, mas se os corpos se atraem, não podemos afirmar que as cargas possuem sinais opostos, pois uma delas pode ser neutra. Quando temos dois condutores e um deles está aterrado, ou seja, conectado à Terra (é um grande condutor) por um fio condutor, o fio Terra, elétrons transitarão por ele, a fim de deixar o sistema em equilíbrio eletrostático (no equilíbrio os condutores terão o mesmo potencial elétrico).
Se o corpo que estiver induzindo a transferência de elétrons for positivo, o corpo aterrado receberá elétrons da Terra. Se for negativo, o aterrado doará elétrons.
O ar é um isolante elétrico, porém todo isolante submetido a certa d.d.p. (U) (diferença de potencial) mínima passa a ser condutor. Quando a d.d.p. entre a nuvem e o solo atinge um valor mínimo de 25 KV, o ar passa a ser condutor, como se fosse um fio Terra. Se U nuvem-solo for menor que zero, os elétrons irão sair da nuvem em direção ao solo, mas se U nuvem-solo for maior que zero, os elétrons sairão do solo em direção à nuvem. Um eletroscópio é formado por um recipiente de vidro, duas folhas metálicas ligadas a um cabo e a uma esfera de metal. Quando um corpo A carregado se aproxima da esfera, induz a mesma carga nas lâminas, que se repelem.
O recipiente não pode ser metálico. Se colocássemos uma partícula carregada no interior de uma caixa metálica e outra próxima, mas do lado de fora, não teriam interação entre si. Esse fenômeno é conhecido como blindagem eletrostática (gaiola de Faraday).