Carga elétrica e processos de eletrização

Aprenda sobre Carga Elétrica e os Processos de Eletrização.

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CARGA ELÉTRICA

A matéria é composta de átomos (a = sem, tomos = divisão). Esse nome foi dado porque achavam que o átomo era indivisível. Com a evolução da Ciência (principalmente no século XIX, na época das Revoluções Industriais, com o advento do Eletromagnetismo), foram surgindo vários modelos atômicos, caindo por terra a ideia da indivisibilidade do átomo. Os átomos não só são divisíveis, como possuem cargas negativas (elétrons) e positivas (prótons). Com os avanços nos modelos, Rutherford, e seu aluno, Bohr, perceberam que o átomo deveria ter um núcleo positivo e, ao seu redor, girando em órbitas bem definidas, chamadas de eletrosferas,  estariam os elétrons. Para que os prótons não repelissem[i] entre si e causassem o colapso do núcleo, deveria ter algo entre eles. Partículas sem cargas. Os nêutrons. A partir desse modelo, Einstein, Planck e outros, mudaram a física completamente, dando início a Física Moderna. Os modelos atômicos não pararam de evoluir. Centenas de partículas e subpartículas já foram descobertas (pi, mésons-pi, quarks, glúons, neutrinos e etc). Hoje temos uma ideia bem diferente de Bohr de como é o átomo. 

A relação carga/massa do elétron foi descoberta por um físico experimental importantíssimo na história da ciência, Robert Milikan. Ele que fez o experimento (demorou quase uma década para realizá-lo) do Efeito Fotoelétrico, proposto pelo teórico Albert Einstein. Apesar de A.E. ter feito inúmeras contribuições à física (em apenas um ano,1905, Einstein publicou 5 artigos que mudaram a física. Ano conhecido na Ciência como ano milagroso) , foi o Efeito Fotoelétrico que lhe deu o Nobel, em 1924.

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Por enquanto nos interessa apenas a carga do elétron. Como todo átomo é neutro e tem a mesma quantidade de prótons e elétrons, suas cargas possuem o mesmo módulo, chamada de carga elementar (e).

A unidade do S.I. de carga elétrica é C (Coulomb).

CARGA ELÉTRICA DE UMA SUBSTÂNCIA

A carga elétrica total (Q) que um corpo nada mais é que a soma de todas as suas cargas. Como as únicas partículas carregadas que estudaremos serão os prótons e os elétrons, podemos dizer que:

PROCESSOS DE ELETRIZAÇÃO

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Para alterar a quantidade total de cargas de um corpo, este deve ser eletrizado. Existem algumas formas de eletrizar um corpo, mas em todas, o corpo ganha ou perde elétrons. Não há alteração no número de prótons (o número atômico é permanece inalterado). Imaginando o átomo como o núcleo e as eletrosferas ao redor (modelo planetário), os elétrons que estão nas camadas mais externas saem com maior facilidade, devido à menor proximidade com o núcleo positivo (quanto maior a distância entre as cargas, menor será a força de atração/repulsão entre elas).

Eletrização por Atrito

Vamos imaginar dois corpos neutros (np = ne). Ao atritarmos um ao outro, um deles irá perder e outro irá receber elétrons. O corpo que perder elétrons ficará positivo e o que receber ficará negativo. Ou seja, após a eletrização por atrito, os corpos passam a se atrair. Importante notarmos que a soma das cargas após o processo de eletrização é sempre igual a situação inicial (Princípio da Conservação de cargas). Existem corpos que tem mais tendência a receber elétrons e outros a doá-los.

Eletrização por Contato

Vamos imaginar as partículas sob processos de eletrização sempre como esferinhas. Quanto maior o raio da partícula (de mesmo material), maior será a sua capacidade de armazenar cargas (Capacitância). Ao colocarmos n esferas em contato, as cargas serão dividas entre si, sendo o fator de ponderação, seus raios. Ou seja, após o processo de eletrização por contato, os corpos passam a se repelir.

Exemplo:

Três esferas metálicas, A, B e C, de raios RA = 2 RB = 3 RC e cargas QA = 1 μC = QB e
QC = – 1 μC será colocada em contato na seguinte ordem: A com B, B com C e A com C. Quais serão as cargas de cada uma após o final dos processos de eletrização por contato?

Resolução:

A com B:

Como o raio de A é o dobro do B:

Então:

B com C:

E

Então:

A com C:

E

Logo:

Observe que, em cada contato, o sinal das cargas ao final do processo é sempre o mesmo, indicando repulsão. Outra observação é que, a somas das cargas após o processo é igual a soma das cargas iniciais:

Eletrização por Indução

Faça o seguinte: pegue um pente ou uma caneta esferográfica de plástico e atrite em seus cabelos. Após, coloque-o(a) próximo de pedacinhos de papel. O resultado é que os pedacinhos se sentirão atraídos pelo pente/caneta. O que aconteceu foi que o objeto de plástico ficou eletrizado (eletrização por atrito), causando uma redistribuição das cargas na superfície do papel:

Então, se dois corpos se repelem, podemos afirmar que suas cargas têm sinais iguais, mas se os corpos se atraem, não podemos afirmar que as cargas possuem sinais opostos, pois uma delas pode ser neutra.

Quando temos dois condutores e um deles está aterrado, ou seja, conectado à Terra (é um grande condutor) por um fio condutor, o fio Terra, elétrons transitarão por ele, a fim de deixar o sistema em equilíbrio eletrostático .

Fonte: https://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/eletrizacao-por-inducao.htm

Se o corpo que estiver induzindo a transferência de elétrons for positivo, o corpo aterrado receberá elétrons da Terra. Se for negativo, o aterrado doará elétrons.

Tempestades: O ar é um isolante elétrico, porém todo isolante submetido à certa d.d.p. (U) (diferença de potencial[ii]) mínima passa a ser condutor. Quando a d.d.p. entre a nuvem e o solo atinge um valor mínimo de 25 KV, o ar passa a ser condutor, como se fosse um fio Terra. Se Unuvem-solo for menor que zero, os elétrons irão sair da nuvem em direção ao solo, mas se Unuvem-solo for maior que zero, os elétrons sairão do solo em direção à nuvem.

Eletroscópio de Folhas: Um eletroscópio é formado por um recipiente de vidro, duas folhas metálicas ligadas a um cabo e a uma esfera de metal. Quando um corpo A carregado se aproxima da esfera, induz a mesma carga nas lâminas, que se repelem.

O recipiente não pode ser metálico. Se colocássemos uma partícula carregada no interior de uma caixa metálica e outra próxima, mas do lado de fora, não teriam interação entre si. Esse fenômeno é conhecido como blindagem eletrostática. 

Fonte http://fisicaevestibular.com.br/novo/enem/eletrostatica-campo-eletrico-potencial-eletrico/resolucao-comentada-eletrostatica-campo-eletrico-potencial-eletrico/

[i] Charles du Fay (séc. XVIII) datou a atração e repulsão de cargas elétricas, comprovando a existência de dois tipos de cargas, mas o conceito de carga elétrica e o uso de sinais foi introduzido pelo Benjamin Franklin, na mesma época.

[ii] Mais para frente estudaremos a grandeza escalar potencial elétrico (V). Por hora, quando uma região sofre uma d.d.p., cargas elétricas tendem a se mover, gerando corrente elétrica (i).

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