ELETRIZAÇÃO
JOÃO VICENTE
1 - CONCEITO DE CARGA ELÉTRICA
Carga elétrica é o nome que se dá a certas propriedades
apresentadas por um corpo ou uma partícula. Quando dizemos que
dois corpos apresentam cargas de sinais contrários, estamos dizendo
que , nas mesmas condições, apresentam propriedades contrárias.
AAAA A A A A A
B B B BBBB
A e B, nas mesmas
condições, apresentaram
propriedades contrárias.
A e B apresentam cargas
de sinais contrários.
Um átomo é constituído de prótons, elétrons e neutrons. Os prótons e
neutros constituem o núcleo atômico. Os elétrons giram em torno do
núcleo:
Colocar um avi sobre átomos que existe na minha pasta.
Os prótons e elétrons apresentam cargas de sinais contrários e o
neutron não possui carga. Convencionou-se que o próton apresenta
carga positiva e o elétron apresenta carga negativa. Essas cargas
apresentam o mesmo valor. Como num átomo, em estado normal, o
número de elétrons é igual ao número de neutrons, o átomo em
estado normal não manifesta propriedades elétricas. Ele é neutro. A
menor quantidade de carga que existe na natureza é chamada de
carga elementar(e) e tem um módulo igual à carga do próton ou do
elétron:
e = 1,6 x 10-19 C , onde a unidade de medida C é o Coulomb
2 - PRINCÍPIOS DA ELETROSTÁTICA:
A) Princípio da atração-repulsão: Cargas de mesmo sinal se repelem e
cargas de sinais contrários se atraem:
F
F F F F
+ + + + +
F F F F F
- - - - -
F F F F
+ + + + +
F F F F F
+ + + + +
F
B) Princípio da Conservação de Carga Elétrica: Num sistema
eletricamente isolado, a soma algébrica das cargas elétricas é constante.
Chamemos de Q a quantidade de um corpo:
QA
QA
QA
QA
QA
QB
QB
QB
QB
QB
TROCA DE CARGAS
Q’A Q’A Q’A
Q’A
Q’A
Q’B Q’B
Q’B
QA + QB = Q’A + Q’B
S Q ANTES = S Q DEPOIS
Q’B Q’B
3 - ELETRIZAÇÀO POR ATRITO
Quando dois corpos neutros, de materiais diferentes, são atritados,
ocorre uma transferência de elétrons de um corpo para outro. Um
corpo eletriza-se positivamente e o outro negativamente com
quantidades de cargas iguais em valores absolutos:
ebonite
ebonite
Fluxo de elétrons
lã
lã
lã
ebonite
Ebonite
eletrizada
negativamente
-
Lã
eletrizada
positivamente
+
lã
4 - CONDUTORES E ISOLANTES
A
ESFERA
METÁLICA
É
REPELIDA PORQUE
ADQUIRE CARGA
DO MESMO SINAL
DO BASTÃO.
METAL
O
METAL
PERMITIU
QUE CARGAS
CHEGASSEM
ATÉ
A
ESFERA
PLÁSTICO
O PLÁSTICO NÀO PERMITIU QUE AS CARGAS CHEGASSEM
ATÉ A ESFERA METÁLICA
O METAL É CONDUTOR POIS PERMITE A MOVIMENTAÇÀO
DE CARGAS ATRAVÉS DELE. O PLÁSTICO É ISOLANTE (OU
DIELÉTRICO) POIS NÃO PERMITE A MOVIMENTAÇÀO DE
CARGAS ATRAVÉS DELE.
O METAL É UM CONDUTOR POQUE POSSUI ELÉTRONS
LIVRES EM SUA ESTRUTURA:
Num sólido, quando há movimentação de cargas, a movimentação
será de cargas negativas.
5 - ELETRIZAÇÃO POR CONTATO
QUANDO UM CONDUTOR ELETRIZADO É COLOCADO EM
CONTATO COM UMOUTRO CONDUTOR NEUTRO, NO
EQUILÍBRIO OS CONDUTORES APRESENTAM CARGAS DE
MESMO SINAL:
+
CONTATO
+
+
+
+
+
eeeeeee
+
+
DEPOIS
{
{
ANTES
+
+
Fluxo de
elétrons
+
+
+
+
+
ANTES
CONTATO
{
{
-
-
-
-
-
-
-
-
-
e e e e e ee
-
-
DEPOIS
-
-
-
-
Fluxo de
elétrons
No caso particular em que os dois condutores apresentarem o mesmo
tamanho e o mesmo formato, após o contato, eles apresentarão
também cargas de mesmo valor.
6 - ELETRIZAÇÀO POR INDUÇÃO
Ao aproximarmos um corpo carregado (indutor) de um condutor neutro
(induzido), haverá uma separação de cargas no condutor neutro:
+
+
+
e- + e- ++ -e++ +
e-++
e + - + -e++ -e++ e-
Condutor
neutro
e - + e-++ e-++ e++
-+
Observe que apenas elétrons se movimentam. A extremidade mais
próxima do corpo carregado apresentará excesso de elétrons. A
extremidade mais afasta do corpo carregado apresentará excesso de
prótons. Essa separação de carga é chamada de indução.
Mantendo-se o corpo carrega próximo do condutor neutro, iremos
ligar a extremidade mais afastado do condutor neutro à Terra. Ela
irá ceder elétrons ao condutor neutro até que essa extremidade se
neutralize:
+
+
+
e
+e
e
+e e e e e e e e
e
e
+e
e
ee
e
Se afastarmos o corpo
carregado, o excesso de
cargas negativas irá se
espalhar por todo condutor,
que agora apresentará um
excesso de carga negativa.
Fio - Terra
e
e
e
e
e
e
Na eletrização por indução, sempre o induzido irá se carregar com
carga de sinal contrária à do indutor. Se aproximarmos um corpo
negativamente carregado de um condutor neutro, no final do
processo de indução o condutor neutro estará positivamente
carregada.
Suponha que um isolante seja constituído de moléculas polares(
centro de cargas positivas não coincide com o centro de cargas
negativas:
As moléculas estão
distribuídas ao acaso.
Vamos aproximar do isolante um corpo positivamente carregado:
+
+
+
A extremidade mais próxima do corpo ficará negativamente
carregada e a mais afastada do corpo carregado, ficará
positivamente carregada. Esse fenômeno é chamado de polarização.
Devemos notar que a carga total do dielétrico é nula, a polarização
faz aparecer cargas de sinais contrários nas extremidades do
isolante, semelhante ao que ocorre na indução de um condutor.
Vamos aproximar um corpo carregado de um condutor neutro:
Frepulsão
Fatraçào
+
+
+
e- + e- ++ -e++ +
e-++
Condutor
neutro
e + - + -e++ -e++ e-
e - + e-++ e-++ +
e+
-+
Quanto menor a distância entre cargas, maior o valor da força de
interação elétrica. Assim, a força de atração será maior que a de
repulsão.
UM CONDUTOR NEUTRO É ATRAÍDO POR UMCORPO
CARREGADO.
Vamos aproximar um corpo carregado de um isolante:
isolante
Fatraçào
+
+
Frepulsão
UM ISOLANTE É ATRAÍDO POR UM CORPO CARREGADO.
7 - ELETROSCÓPIOS.
É um dispositivo que nos permite determinar se um corpo está
carregado ou não.
A) Pêndulo Elétrico: é constituído por uma bolinha de isopor
recoberta por papel metálico, suspensa por um fio isolante:
Corpo neutro
Quando um corpo neutro é aproximado de um pêndulo elétrico, o
pêndulo não é atraído.
ee e e +
e
ee e e +
e
ee e e +
e
- -- ------------
Quando um corpo carregado for aproximado de um pêndulo
elétrico, o pêndulo será atraído
B) Eletroscópio de Folhas: É constituído por uma bola metálica
presa a uma haste condutora. Na extremidade desta haste existe
duas folhas metálicas que pode se abrir e fechar livremente:
Quando um corpo neutro é
aproximado de um eletroscópio
de folhas, as folhas não se
abrem.
e
e
e
e
e
e
e
e
e
e
e
e
e
e
ee e
e ee
e
e e
e e
e e
e ee
ee e
e ee eeeeeeeeeeeeeeeeeee ee ee ee ee e e
Se fosse aproximado um corpo
positivamente carregado elétrons das
folhas seriam atraídos para a esfera. As
folhas iriam se carregar positivamente.
Com isso as folhas iriam se repelir e se
abririam.
Quando um corpo carregado é
aproximado de um eletroscópio de
folhas, as folhas se abrem.
8 - Lei de Coulomb: é a lei que nos permite determinar a força de
interação elétrica entre cargas puntuais (corpos carregados de
tamanho desprezível) :
d
F
+Q1
+Q2
{
F
Q1 e Q2 = valor das cargas
F=
K . Q1 . Q2
d2
d = distância entre as carga
K = constante que depende do
meio onde as cargas estão.
No sistema Internacional de unidades , a unidade de carga elétrica é
1 Coulomb (1C) . Uma carga de 1 C corresponde a 6,25 x 1018
elétrons em excesso ( se a carga do corpo for negativa) ou em falta (
se a carga do corpo for positiva).
Como a carga de 1C é muito grande, usamos muito submúltiplos do
Coulomb:
1 milicoulomb = 1 mC = 10 -3 C
1 microcoulomb = 1mC = 10 -6 C
No Sistema Internacional de unidades a força será dada em Newtons
e a distância em metros. A constante K terá um valor de 9,0 x 109
N.m2/ C2 para cargas colocadas no ar ou no vácuo.