ELETRICIDADEELETRICIDADE

• É o ramo da Física que estuda os fenômenos relacionados às Cargas Elétricas.

a) Eletrostática - estuda as Cargas Elétricas em repouso.

b) Eletrodinâmica – estuda as Cargas Elétricas em movimento.

c) Eletromagnetismo - estuda os fenômenos que relacionam o Campo Elétrico e o Campo Magnético.

aproxime de pedaços de papel ou de cortiça.

Atrite o pente, ou a caneta, com um pedaço de pano, ou lã, ou seda;

Verá que o pente, ou a caneta, depois de atritado, atrai aqueles corpos leves.

Com essa observação simples concluímos que o pente ou a caneta, quando atritado, adquire uma propriedade nova, que não possui quando não é atritado.

O fenômeno da atração, foi descoberto com o âmbar, mais ou menos há 25 séculos, pelo filósofo grego Tales, da cidade de Mileto.

Observou que o âmbar, depois de atritado, adquire a propriedade de atrair corpos leves. Essa observação de Tales permaneceu isolada.

Contexto H

istóric

o

No século XVI, William Gilbert, médico da rainha Izabel da Inglaterra, descobriu que muitos outros corpos, quando atritados, adquirem a

propriedade de atrair corpos leves, isto é, se comportam como o âmbar.

Para indicar que esses corpos estavam se comportando como o âmbar, Gilbert diziam que estavam eletrizados. Isso porque em grego o âmbar se chama electron, e com a palavra eletrizada ele queria dizer "do mesmo modo que o electron". E à causa dessa propriedade que aparece quando os corpos são atritados, à qual Gilbert não conhecia, ele chamou eletricidade. Até hoje mantemos essas expressões: chamamos corpo eletrizado àquele que está com a propriedade de atrair outros corpos, isto é, que manifesta eletricidade. E chamamos corpo neutro àquele que não está eletrizado.

Desde que começaram os estudos de Eletrostática, os homens se preocuparam por saber qual seria a natureza da eletricidade. A primeira teoria a esse respeito foi formulada por Benjamin Franklin .

É conhecida como teoria do fluido único. Admitia que todo corpo possuísse certa quantidade de um fluido indestrutível, associado a matéria em maior ou menor quantidade. Um corpo em estado neutro teria uma quantidade desse fluido elétrico que era chamada a quantidade normal de fluido para esse corpo. Se o corpo tivesse excesso desse fluido estaria eletrizado positivamente. Se tivesse falta, estaria eletrizado negativamente .

Posteriormente se criou a teoria dos dois fluidos. Consistia em admitir que em todos os corpos existissem, em quantidades praticamente ilimitadas, dois fluidos elétricos: um positivo, outro negativo. Os fluidos de mesma espécie se repeliriam, e os de espécies diferentes se atrairiam. Um corpo estaria eletrizado positiva ou negativamente de acordo com o excesso de um fluido sobre o outro .

"Atualmente, tomando como ponto de partida que os elétrons e os prótons são partículas materiais dotadas de carga elétrica, nós conseguimos explicar quase a totalidade dos fenômenos elétricos conhecidos”.

As idéias atuais a respeito da eletricidade só puderam surgir depois que os físicos começaram a desconfiar da existência do elétron, em fins do século XIX, e pouco tempo depois vieram a confirmar a sua existência.

Thomson Rutherford Schrodinger

ELETROSTÁTICA

Teoria atômica moderna :

A matéria é constituída por átomos, e estes por sua vez são formados por elétrons, prótons e nêutrons.  Descobriu-se que os elétrons e os prótons possuem carga elétrica, e que os nêutrons não.

Carga elétrica nada mais é do que uma propriedade existente entre prótons e elétrons que possibilita a ocorrência de interação entre eles.  Lembre-se que ocorre interação entre dois corpos quando eles trocam forças entre si, ou seja, quando um aplica força sobre o outro.

Existem dois tipos de cargas, e decidiram chamar uma de positiva (+) e outra de negativa ( - ) , somente para diferenciá-las.  Adotaram a carga positiva para o tipo de carga do próton e negativa para o tipo de carga do elétron .

Constatou-se também que a interação entre estas cargas acontece da seguinte maneira:  cargas de mesmo sinal se repelem enquanto cargas de sinais opostos se atraem

CORPOS ELETRIZADOS

A carga elétrica de um Próton ou de um Elétron 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 

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 .

np=ne corpo 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

np>ne corpo eletrizado positivamente (falta de elétrons)

np<ne corpo eletrizado negativamente (excesso de elétrons)

EXEMPLO :

Um corpo está eletrizado com 1C, quantos elétrons ele tem em falta?

Q = n.e

Carga elétrica num corpo (Q)

É a grandeza Física associada á quantidade de eletricidade presente num corpo, e pode ser calculada por:

Q = n.e

n - número de elétrons em excesso ou em falta num corpo  e = 1,6 . 10-19 coulomb = 1,6 . 10-19 C

1c = n.1,6 .10 -19

n = 6,25.10 18 elétrons

1 Coulomb(6,25.10 18 elétrons) , é uma quantidade de carga muito grande aproximadamente seis quintilhões de elétrons .Seria praticamente impossível manter essa quantidade de carga sob controle,caso estivesse concentrada numa região muito pequena . Frequentemente as cargas elétricas dos corpos é muito menor do que 1 Coulomb. Assim usamos submúltiplos. Os mais usados são:

Há materiais , que no seu interior os elétrons podem se mover com facilidade. Tais materiais são chamados condutores elétricos. 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.

Exemplos:

CONDUTORES E ISOLANTES

Ouro, prata, cobre ferro, alumínio....

Exemplos:

Há materiais , que no seu interior os elétrons têm grande dificuldade de se movimentar, eles estão fortemente ligados aos átomos. Dizemos que o material não é um bom condutor elétrico, ou seja, é um isolante elétrico ( também chamado de dielétrico).

Borracha , plástico , isopor , ebonite , vidro , lã ...

É possível, produzir separação de cargas elétricas por meios de processos de eletrização como atrito e indução, entre certas espécies de materiais, Esse processo de separação de cargas pode ser observado em muitas situações do cotidiano .

Porque um corpo se eletriza?

Os raios que aparecem durante as tempestades são grandes movimentos de cargas elétricas da Terra para as nuvens ou das nuvens para a Terra. Essas grandes quantidades de cargas nas nuvens são produzidas por atrito das gotículas de água com o ar.

No inverno, num dia em que o ar está muito seco ao manusearmos agasalhos de lã ou de fios sintéticos, podemos ouvir estalidos e, ainda observar faíscas saltando entre fios que foram eletrizados por atrito.

Nas tecelagens e nas fábricas de papel jornal, o tecido ou o papel passam

pelos rolos metálicos das máquinas provocando, por atrito ,o aparecimento

de cargas elétricas.Para evitar esse perigo,lança-se vapor de água no

ambiente,o que acarreta a deposição de finíssima camada de gotículas de

água sobre as peças que se atritam.Essa película retira as cargas de

eletrização,reduzindo os perigos de faíscas indesejáveis.

O perigo da ocorrência de faíscas causadas por descargas elétricas existe nas refinarias de petróleo ,em certas industrias de materiais inflamáveis e mesmo em hospitais , nas salas de cirurgia , já que a maioria dos anestésicos gera vapores altamente explosivos.

O atrito da fuselagem de um avião com o ar produz a eletrização , para o escoamento dessas cargas durante o vôo existem nas asas pequenos fios metálicos.No abastecimento de um avião , o mesmo é conectado à terra para que possíveis cargas elétricas existentes na sua fuselagem sejam escoadas ,evitando pequenas descargas que poderiam explodir o combustível que está sendo introduzido no seu tanque.

Quando a gasolina é transportada em caminhões, o chacoalhar da gasolina, faz com que ela se atrite com as paredes do caminhão, pode gerar carga elétrica. Quando uma pessoa toca com as mãos a válvula para descarregar a gasolina, pode saltar uma faísca que produzirá a combustão do vapor de gasolina. Para evitar isso, esses caminhões mantêm uma corrente metálica se arrastando no chão. Essa corrente conduz para a terra qualquer carga elétrica que se possa gerar. Por isso, antes de descarregarem o combustível nos postos, são aterrados. Nos lugares muito secos, isto é, onde há pouco vapor d'água no ar, é perigoso limpar-se roupa atritando-a com um pano embebido em gasolina, porque o atrito pode gerar cargas elétricas, que podem dar faíscas, que por sua vez podem incendiar os vapores de gasolina.

ELETRIZAÇÃO POR ATRITO (Esfregação)

PROCESSOS DE ELETRIZAÇÃO

Quando atritamos (esfregamos) dois corpos feitos de materiais diferentes, pode ocorrer passagem de elétrons de um corpo para 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:

Observação:Nem todo par de corpos se eletriza. É preciso que eles tenham diferentes tendências para reter ou ceder elétrons.

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

Seqüência crescente

maior capacidade de doar elétrons

1 ) Considere um bastão de vidro atritado em um pedaço de lã . O vidro aparece antes da lã na série triboelétrica.

Exemplos de eletrização por atrito

Portanto o vidro fica positivo e a lã negativa, isto é, durante o atrito, o vidro transfere elétrons para a lã.

2 ) Porém, se atritarmos a lã com um bastão de ebonite, como a lã aparece na série triboelétrica antes que a ebonite, a lã ficará positiva e a ebonite ficará negativa isto é , durante o atrito , a lã transfere elétrons para a ebonite

Os corpos eletrizados por atrito, ficam eletrizados com cargas elétricas de mesmo módulo, mas de sinais contrários.

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

ELETRIZAÇÃO POR CONTATO ELETRIZAÇÃO POR CONTATO

Consideremos um condutor A , eletrizado negativamente e um condutor B , inicialmente neutro .

Se colocarmos os condutores em contato, uma parte dos elétrons em excesso do corpo A irão para o corpo B.

Os dois corpos ficam eletrizados com carga de mesmo sinal.

O fato de o corpo C estar carregado positivamente significa que perdeu elétrons, isto é, está com excesso de prótons.

Suponhamos agora um condutor C carregado positivamente e um condutor D inicialmente neutro .

Ao colocarmos em contato os corpos C e D, haverá passagem de elétrons do corpo D para o corpo C , de modo que no final, os dois corpos estarão carregados positivamente .

Observações :1 ) Na eletrização por contato, os corpos ficam eletrizados com cargas de mesmo sinal.

2 )A soma algébrica das cargas elétricas deve ser a mesma antes, durante e após o contato.(Lei Du Fay)

3 ) A proporção de carga elétrica no final, em cada condutor, depende da forma, das dimensões e do meio que envolvem esse condutor.

Ao se ligar um condutor eletrizado à Terra , ele perde sua eletrização ou seja ele se neutraliza. A Terra é muito maior que os condutores com que usualmente trabalhamos, a carga elétrica do condutor, após o contato, é praticamente nula .

Ligação à Terra ( Aterramento - fio Terra ))

EXEMPLOS

O condutor positivamente eletrizado, ao ser ligado á Terra, perde sua eletrização em virtude da subida de elétrons provenientes da Terra.

O condutor negativamente eletrizado, ao ser ligado á Terra, perde sua eletrização em virtude da descida de elétrons provenientes do corpo .

A Terra é um grande doador e receptor de elétrons.  Se você encostar um corpo que tenha excesso de elétrons na terra, ela receberá os elétrons excedentes, fazendo com que o corpo fique neutro.  Mas se você encostar um corpo que tenha falta de elétrons, a terra "dará" ao corpo os elétrons necessários para que o corpo fique neutro novamente.  Esta é a função do fio terra existente em muitos aparelhos eletrônicos. Portanto a terra neutraliza os corpos carregados que entram em contato com ela.

Em resumo

http://www.giamar.com.br/textos_dados_tecnicos/choque_fogo_desperdicio/procobre.swf

1) Aproximemos o condutor A carregado negativamente e um condutor B inicialmente neutro , mas sem colocá-los em contato.

ELETRIZAÇÃO POR INDUÇÃO

4) Se desfizermos a ligação com a Terra e em seguida  afastarmos novamente os corpos, as cargas positivas de B espalham-se por sua superfície.

Fenômeno de separação de cargas elétricas em um condutor pela simples presença de um outro condutor eletrizado.

2) A presença do corpo eletrizado A provocará uma separação de cargas no condutor B (que continua neutro). Essa separação é chamada de indução.

3) Se ligarmos o condutor B à Terra , as cargas negativas, repelidas pelo corpo A escoam-se para a Terra e o corpo B fica carregado positivamente.

No processo de eletrização por indução, o condutor induzido e o

condutor indutor ficam eletrizados com cargas elétricas de sinais contrários.

INDUÇÃO EM ISOLANTES

Repetimos a situação, em que o corpo B ( condutor) está neutro, mas apresentando uma separação de cargas. As cargas positivas de B são atraídas pelo corpo A enquanto as cargas negativas de B são repelidas por A . Porém, a distância entre o corpo A e as cargas positivas de B é menor do que a distância entre o corpo A e as cargas negativas de B. Assim, pela Lei de Coulomb,  o que faz com que a força resultante  seja de atração.

De modo geral, durante a indução, sempre haverá atração entre o corpo eletrizado (indutor) e o corpo neutro (induzido).

Quando um corpo eletrizado A aproxima-se de um corpo B, feito de material isolante, os elétrons não se movimentam como nos condutores, mas há, em cada molécula, uma pequena separação entre as cargas positivas e negativas, denominada polarização. Verifica-se que também neste caso o efeito resultante é de uma atração entre os corpos .

A B

Eletroscópios:Dispositivos destinados a verificar, se um corpo está ou não eletrizado.

Um eletroscópio simples é o pêndulo elétrico. É constituído por uma haste de suporte e por um fio de seda com uma bola de isopor ou outro material adequado na sua extremidade.

As imagens seguintes descrevem a sucessão de fases de uma experiência eletrostática.  

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Basicamente, é constituído por um frasco de vidro e duas leves folhas metálicas presas a um bastão metálico em ligação com o exterior da garrafa.

Eletroscópio de folhas

As imagens seguintes descrevem a sucessão de fases de uma experiência eletrostática   

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