CÁLCULO DA CARGA ELÉTRICA – ATRITO, C0NTATO E INDUÇÃO
Aula 40 e 40 extra
Setor 1202
Prof. Calil
Cálculo da carga elétrica do corpo
Na aula anterior aprendemos que a carga elétrica de um corpo (valor associado ao mesmo
indicando seu grau de eletrização) tem por base o valor atribuído ao elétron que, em módulo,
é o mesmo do atribuído ao próton:
ІqeІ = І qpІ = 1,6.10- 19C = padrão para medida da carga elétrica de um corpo.
Tomando-se por base os valores acima, para calcular a carga elétrica do corpo basta aplicar a
regra de três:
a) Se o corpo eletrizado apresenta um excesso de N elétrons, ele estará eletrizado
com uma carga Q igual a:
1 elétron
= – 1,6.10 – 19 C
N elétrons
=
Q
E Q fica igual a N. (– 1,6.10 – 19) C. Corpo eletrizado negativamente tem
carga elétrica negativa.
b) Se o corpo está eletrizado positivamente, então foram retirados do corpo N elétrons , e portanto existe um excesso de N prótons (o número de elétrons retirados é
igual ao número de prótons que sobram, pois o corpo era inicialmente neutro, com
igual número de elétrons e prótons). Então:
1 próton
= + 1,6.10 – 19 C
N prótons
=
E Q fica igual a N.(+ 1,6.10
elétrica positiva.
– 19)
Q
C. Corpo eletrizado positivamente tem carga
CORPO TERRA
O corpo terra é utilizado para evitar o “choque elétrico”, que é a passagem de um fluxo
de elétrons através do corpo humano, produzindo contrações musculares, queimaduras,
sensação de dor, e parada cardíaca, podendo ser fatal. Para efetuar essa proteção, o corpo
terra tem que ter dimensões bem maiores do que a do corpo com o qual entra em
contato, o que permite que ele forneça ou receba elétrons ao corpo. Como seu tamanho é
muito grande, permanecerá praticamente neutro.
terra
Símbolo
terra
corpos eletrizados
terra
os corpos
ficam neutros
O nome “corpo terra” deriva do nome do nosso planeta, pois ele é o maior corpo com
que uma pessoa pode ter contato. São exemplos de terra uma pessoa que encosta a mão
numa bola de gude eletrizada, ou o chassis do automóvel em relação ao filamento da lâmpada
do farol, o chassis metálico da televisão em relação aos seus componentes eletrônicos, etc.
Considere uma pessoa descalça, com os pés em contato com solo, que está tomando
banho usando um chuveiro elétrico. Quando ela coloca a mão no registro da água, estabelece
contato entre a água tratada com cloro, que pode estar transportando elétrons do chuveiro, e
o piso. Sendo o planeta Terra o maior corpo com o qual estabelecemos contato,
imediatamente os elétrons passarão do registro para a mão e desta para o solo percorrendo o
corpo da pessoa, gerando o “choque elétrico que no caso do chuveiro, pode ser fatal.
Para evitar o choque liga-se um fio, que estabelece contato entre o chuveiro e uma caixa
enterrada no chão contendo carvão e sais. Este fio oferece um
caminho bem mais fácil para os elétrons, em comparação com o
corpo humano. Então, os elétrons, em lugar de passar pelo corpo
da pessoa, irão se desviar, pelo fio, para essa caixa evitando o
choque. O chuveiro está “aterrado”, que é como se diz na prática.
Todo aparelho elétrico como chuveiro, torneira elétrica, geladeira, deve ter o fio terra
devidamente instalado, evitando acidentes fatais. Não confundir o fio terra, com o fio neutro
da instalação, que é o fio de retorno das correntes.
PROCESSOS DE ELETRIZAÇÃO
Processos de eletrização são procedimentos para se extrair ou colocar elétrons num corpo
inicialmente neutro. Os mais comuns são:
1- Atrito ou tribo eletrização
Atritando-se dois corpos de naturezas diferentes, a energia empregada no atrito gera o
calor. O calor faz com os elétrons livres dos corpos entrem num movimento vibratório de
maior intensidade podendo “escapar” de um dos corpos, entrando no outro. O corpo que
cede elétrons torna-se eletrizado positivamente, e o corpo que recebe os elétrons fica
eletrizado negativamente. Na eletrização por atrito, os corpos adquirem cargas cujos valores,
em módulo, são iguais, pois a quantidade de elétrons que sai de um corpo é a mesma que
entra no outro. Os corpos ficam eletrizados com sinais opostos.
Um exemplo da ocorrência deste fenômeno pode ser observado quando, num dia de
baixa umidade do ar, penteamos os cabelos ou esfregamos o pente
numa blusa de lã. Verificamos que após passar o pente nos cabelos ou
o atritarmos na blusa, ele passa a atrair pequenos pedaços de papel,
indicando que ficou eletrizado. Também, nas mesmas condições
climáticas, quando tiramos uma blusa de lã que estávamos usando, ela é atraída pelo nosso
corpo e, se dobrada, pode emitir pequenos ruídos, característicos de descargas elétricas.
A eletrização por atrito se manifesta em várias ocasiões do nosso cotidiano, e para
pessoas mais sensíveis às ações elétricas, podem causar certo desconforto por produzirem
“choques elétricos”. É o caso das pessoas que levam um “choque” ao cumprimentar algum
amigo, quando pegam na maçaneta ou corrimão de um carro ou ônibus, ou ainda quando
levantam da cama pela manhã e pisam no chão descalças.
2- Contato
Se um corpo está eletrizado positivamente, ele naturalmente fará ações para obter os
elétrons que nele estão em falta. Se o
corpo está eletrizado negativamente, fará
ações para ceder os elétrons que tem em
excesso. Quando colocamos um corpo nas
condições acima citadas em contato com
um corpo neutro, ele retira elétrons livres
do corpo neutro ou cede seus elétrons em
excesso para o neutro. Assim, o corpo
neutro fica eletrizado com carga
elétrica de mesmo sinal do que o corpo
eletrizado com o qual entrou em contato.
INDUÇÃO ELETROSTÁTICA
Trata-se da ação de um corpo eletrizado, denominado “indutor”, sobre outro corpo
inicialmente neutro, denominado “induzido”, sem que exista contato entre eles. É uma ação à
distância, desenvolvida da seguinte maneira:
Aproximando-se o indutor A do induzido B, o indutor
Indutor (A)
Induzido (B)
atrai ou repele os elétrons livres do induzido, obede+ + + +
+
cendo a lei das ações elétricas. A região do induzido
+
+
+
+
mais próximo do indutor fica eletrizada com sinal
+ + + +
+
oposto do Indutor, e a região do Induzido mais afastada do Indutor fica eletrizada com o mesmo sinal do
- - - - +
indutor.
+
As cargas elétricas que aparecem nas duas regiões do
- - - - +
Induzido tem o mesmo valor em módulo, com sinais
opostos: І q lado direito І = І q lado esquerdo І . Na Indução, o Induzido continua neutro.
Para que o induzido fique eletrizado, é preciso que se use um terceiro corpo, que é o
“Corpo terra ou o neutro”, anteriormente estudado.
Eletrização do Induzido pelo corpo terra
Realizado o processo da indução entre dois corpos, liga-se o Induzido a terra, não
importando qual seja o ponto. A região do Induzido que está eletrizada com o mesmo sinal do
Indutor fica neutra, pois o terra ou irá fornecer elétrons para esta região, ou receberá seus
elétrons. O processo obedece a quatro etapas:
a) Procede-se a Indução:
Indutor
Após a
Induzido
+
+
+
indução, o induzido continua neutro, com
o n e = no p. O que aconteceu foi a separação dos
elétrons e prótons, que ocupam regiões opostas do
induzido.
o
-
b) Liga-se o Induzido ao terra:
Indutor
Induzido
Ao ligar o induzido ao terra, a região do induzido
+
eletrizada com sinal igual ao do indutor fica neu+
tra, pois o terra recebe ou fornece elétrons ao
+
induzido. No caso, o terra recebe os elétrons.
c) Corta-se a ligação ao terra:
Indutor
Induzido
+
+
+
●
●
Desta maneira impede-se que os elétrons do
terra retornem ao induzido. O terra não poderá
poderá fornecer elétrons ao induzido, nem re ceber elétrons do mesmo.
d) Afasta-se o indutor para bem longe do induzido:
Induzido
O induzido fica todo eletrizado com cargas ele+
+ ●
tricas de sinais opostos a do indutor. No caso o
+
++ ●
indutor é negativo e o induzido ficou eletrizado
+
+
positivamente. Se o indutor está eletrizado positivamente, o induzido fica eletrizado negativa mente É obrigatório que a ligação ao terra seja
cortada. Só depois se afasta o indutor, pois é este que mantém os elétrons do induzido presos numa
das suas regiões, ou o está repelindo e forçando-os a sair.
Atração do corpo neutro pelo corpo eletrizado
Um corpo eletrizado atrai corpos a sua volta. Isto ocorre, pois o corpo eletrizado induz o
corpo neutro.
D
Quando acontece a indução
---d
a região do induzido mais
F
f
próxima do indutor é eletri++ -zada com sinal oposto ao in----Resultante = F - f
dutor. Ela será atraída com a
força F. A região do induzido
++
-mais afastatada do indutor ,
---tem mesmo sinal do indutor,
-e é repelida com uma força f.
--força de repulsão
F tem maior intensidade que
-f, pois o lado do induzido com sinal oposto do indutor está mais próximo deste do
que a região do induzido com mesmo sinal do indutor. Então, a resultante entre F
e f tem o sentido de atração. O corpo neutro é atraído para o corpo eletrizado.
Quando a neutra encosta no eletrizado, ele perde a sua carga positiva, e fica só
com carga elétrica negativa. Então o corpo eletrizado, que é negativo, repele o corpo
que era inicialmente neutro, e ficou agora negativo. É assim que um pente atritado
nos cabelos consegue atrair pedaços de papel nas suas proximidades.
Raios
O processo de formação dos raios na atmosfera terrestre ainda não é de toda
conhecida. O raio ou “eflúvio elétrico” se forma antes e durante as tempestades, e na frente
do deslocamento da tempestade formam-se os raios verticais (da nuvem para o solo ou do
solo para a nuvem) e atrás da tempestade formam-se os raios horizontais, entre as nuvens.
Relâmpago é a claridade emitida pela corrente elétrica do raio, e trovão é o ruído causado pelo
aquecimento e a rápida expansão do ar em volta do
canal de condução do raio. O trovão consome cerca
de 1% da energia do raio. A temperatura durante a
descarga do raio pode chegar a 30.0000 C, e o valor
da corrente elétrica gerada pelo raio varia entre
10.000A e 250.000A, numa tensão elétrica de 10
milhões de volts, e com potência média de 100
milhões de watts. Tudo isso num tempo de 1
milésimo de segundo até no máximo 1 segundo.
A formação do raio é devida a indução
eletrostática entre a base da nuvem, que fica eletrizada devido ao movimento das gotas
congeladas que liberam elétrons, e o solo. O átomo do ar entre a nuvem e o solo tem seus
elétrons e prótons atraídos por forças elétricas com sentidos opostos. O átomo o ar se
transforma num bipolo elétrico.
Quando a força elétrica atinge um valor suficientemente grande, esses bipolos se
rompem iniciando-se a formação do raio, que pode ir da nuvem para o solo ou em certas
condições, do solo para a nuvem.
A descarga elétrica gerada pelo raio é fatal para o ser humano. O Brasil é o país onde
se observa a maior incidência de raios, cerca de 60 milhões deles por ano. Se alguém numa
tempestade sentir a pele formigando, é prenuncio que está prestes a ser atingida por um raio.
Não deve ficar de pé, pois estará exercendo a função de uma haste fincada no solo. Deve sair
das proximidades dos locais que contenham água, e nunca se abrigar em baixo das árvores.
Deve evitar ficar ao lado de eletrodoméstico em funcionamento e deve procurar abrigo em
recintos fechados, como carros ou prédios. Se não existirem, procurar se enrola , adquirindo o
formato de uma bola ou então, se estender sobre o solo.