Eletrização e 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
A um corpo inicialmente neutro são acrescentados
5,0 . 107 elétrons. Qual a carga elétrica do corpo?
RESOLUÇÃO
A carga elétrica do elétron é qE
= - 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 . qE = (5,0 . 107)
(-1,6 . 10-19 C) = - 8,0 . 10-12 C
Q = - 8,0 . 10-12 C
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 atracão ou repulsão, dependendo dos sinais das
cargas. Porém, em qualquer caso, a intensidade dessas forças será dada por:
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 tribo-elétrica 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.
ELETRIZAÇÃO POR CONTATO
Consideremos um condutor A, eletrizado negativamente e um
condutor B, inicialmente neutro (Figura 8). Se colocarmos os condutores em
contato (Figura 9), uma parte dos elétrons em excesso do corpo A irão para
o corpo B, de modo que os dois corpos ficam eletrizados com carga de mesmo
sinal. (Figura 10)Se os dois condutores tiverem a mesma forma e o mesmo tamanho, após o contato terão cargas iguais.
EXEMPLO
Dois condutores esféricos de mesmo tamanho
têm inicialmente cargas QA = + 5nC e QB = - 9nC. Se
os dois condutores forem colocados em contato, qual a carga de cada um após
o contato?
RESOLUÇÃO
A carga total Q deve ser a mesma antes e
depois do contato:
Q = Q'A + Q'B = (+5nC)
+ (-9nC) = -4nC
Após o contato, como os condutores têm a
mesma forma e o mesmo tamanho, deverão ter cargas iguais:
ELETRIZAÇÃO POR INDUÇÃO
Na Figura 16 representamos um corpo A carregado negativamente
e um condutor B, inicialmente neutro e muito distante de A. Aproximemos os
corpos mas sem colocá-los em contato (Figura 17). A presença do corpo eletrizado
A provocará uma separação de cargas no condutor B (que continua neutro). Essa
separação é chamada de indução.
INDUÇÃO EM ISOLANTES
Quando um corpo eletrizado A aproxima-se de um corpo B, feito
de material isolante (Figura 21) os elétrons não se movimentam como nos condutores
mas há, em cada molécula, uma pequena separação entre as cargas positivas
e negativas (Figura 22) denominada polarização. Verifica-se que também
neste caso o efeito resultante é de uma atração entre os corpos .Foi esse tipo de experiência que originou o estudo da eletricidade. Na Grécia antiga, aproximadamente em 600 AC, o filósofo grego Tales observou que o âmbar, após ser atritado com outros materiais era capaz de atrair pequenos pedaços de palha ou fios de linha. A palavra grega para âmbar é eléktron. Assim, no século XVI, o inglês William Gilbert (1544-1603) introduziu o nome eletricidade para designar o estudo desses fenômenos.
Alunas: Kamila Lindolfo e Camila Ferreira
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