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 (1736 – 1806).
O valor de e no SI tem o seguinte valor aproximado:
e = 1,6.10-19 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, ...)
Princípios da Eletrostática
A Eletrostática fundamenta – se em dois princípios:
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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.
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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:
QA + QB = Q’A + Q’B
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.
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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, ...
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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.
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
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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
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.