Eletricidade

O estudo da eletricidade teve inicio na Antiguidade, por volta do século VI a.C, com o filósofo e matemático grego Tales de Mileto. Ele, dentre os maiores sábios da Grécia Antiga, foi quem observou o comportamento de uma resina vegetal denominada de âmbar. Ao atritar essa resina com tecido e/ou pele de animal, Tales percebeu que daquele processo surgia uma importante propriedade: o âmbar adquiria a capacidade de atrair pequenos pedaços de palha e/ou pequenas penas de aves. Em grego, a palavra elektron significa âmbar, a partir desse vocábulo surgiram as palavras elétron e eletricidade.

A eletricidade é o resultado da existência de carga elétrica nos átomos que constituem a matéria. Como se sabe, um átomo é composto por prótons (cargas positivas), elétrons (cargas negativas) e nêutrons, que não possuem carga. Os prótons e os nêutrons ficam no interior do núcleo do átomo, os elétrons ficam na eletrosfera - ao redor do núcleo.

 

Processos de eletrização

  • Eletrização por atrito

Como o próprio nome diz, atritando-se, ou melhor, colocando-se dois corpos constituídos de substâncias diferentes e inicialmente neutros em contato muito próximo, um deles cede elétrons, enquanto o outro recebe. Ao final, os dois corpos estarão eletrizados e com cargas elétricas opostas, portanto se atraem.

  • Eletrização por contato

Dizemos que a eletrização por contato é um processo no qual um corpo eletrizado é colocado em contato com um corpo neutro. De preferência, devem ser usados dois corpos condutores de eletricidade. Ao final da eletrização por contato os dois corpos estarão eletrizados com cargas elétricas de mesmo sinal, portanto se repelem.

  • Eletrização por indução

Dizemos que a indução eletrostática é o fenômeno de separação das cargas elétricas de sinais contrários em um mesmo corpo. Portanto, esse tipo de eletrização pode ocorrer apenas pela aproximação entre um corpo eletrizado e um corpo neutro, sem que entre eles aconteça qualquer tipo de contato.

Sejam duas esferas metálicas A e B (A carregada negativamente e B neutra), afastadas como mostra a figura 1ª. Ao aproximarmos as duas esferas, a presença de cargas negativa presente em A, provocará uma separação de cargas em B(fig. 1b). Essa separação de cargas é chamada de indução.

Se ligarmos um condutor da esfera B até a terra (fig. 2a), as cargas negativas que foram repelidas, escoarão para a terra de maneira natural, de modo que a esfera B passe a ficar eletrizada positivamente (fig. 2b). A esse processo damos o nome de  eletrização por indução .

 

 

CARGA ELÉTRICA QUANTIZADA

 

Qualquer tipo de matéria é formada por átomos. Estes são tão minúsculos que nenhum microscópio comum permite vê-los. Uma fileira de dez milhões de átomos não chega a medir um milímetro. Contudo, os átomos não são as menores partículas da matéria: eles próprios se compõem de partículas ainda menores, chamadas partículas subatômicas. No centro de todo átomo existe um conjunto formado por dois tipos de partículas: os prótons e os nêutrons. Esse conjunto de partículas é o núcleo do átomo. À volta deste núcleo, como se fossem satélites, giram os elétrons, partículas em movimento permanente. As trajetórias desses elétrons se organizam em camadas sucessivas chamadas órbitas eletrônicas.

Os prótons do núcleo e os elétrons das órbitas se atraem entre si. A esta força de atração recíproca chamamos de força elétrica. É a força elétrica que mantém os elétrons girando à volta dos prótons do núcleo. Sem ela, os elétrons se perderiam no espaço e os átomos não existiriam.

 

Os elétrons, entretanto, repelem outros elétrons e os prótons repelem outros prótons. Dizemos, por isto, que as partículas com carga igual se repelem e as partículas com carga oposta se atraem. Convencionou-se chamar a carga dos prótons de positiva (+) e as carga dos elétrons de negativa (-).

Normalmente, cada átomo é eletricamente neutro, em outras palavras, tem quantidades iguais de carga negativa e positiva, ou seja, há tantos prótons em seu núcleo, quantos elétrons ao redor, no exterior. Os prótons estão fortemente ligados ao núcleo dos átomos. Somente os elétrons podem ser transferidos de um corpo para outro.

Podemos dizer que um corpo está eletrizado quando possui excesso ou falta de elétrons. Se há excesso de elétrons, o corpo está eletrizado negativamente; se há falta de elétrons, o corpo está eletrizado positivamente.

A quantidade de elétrons em falta ou em excesso caracteriza a carga elétrica Q do corpo, podendo ser positiva no primeiro caso e negativa no segundo.

A quantidade de carga do elétron, em valor absoluto, é chamada de carga elementar e é representada por e. Esta carga é chamada elementar, pois é a menor quantidade de carga encontrada na natureza e este valor é:

 

e = 1,6 . 10-19   C

 

Coulomb (C) é a unidade de medida utilizada para carga elétrica no Sistema Internacional de Unidades.

Para determinarmos a quantidade de carga elétrica de um corpo precisamos saber o número de elétrons ou prótons que este corpo tem em excesso, logo:

 

Q = n . e

 

Onde:

Q = quantidade de carga elétrica do corpo

n = número de elétrons em falta ou em excesso.

e = carga elementar (1,6 . 10-19C)

A palavra quantum (plural = quanta) é uma palavra latina e significa quantidade. Em física a palavra quantum foi usada para designar a menor quantidade em que uma grandeza ou propriedade é encontrada na natureza.

 

 

LEI DE COULOMB

 

 

A  Lei de Coulomb diz respeito à intensidade das forças de atração ou de repulsão que agem em duas cargas elétricas puntiformes (cargas de dimensões desprezíveis), quando colocadas em presença uma da outra.

Considere duas cargas elétricas puntiformes, q1 e q2 , separadas pela distância d. Se os sinais dessas cargas forem iguais, elas se repelem; se forem diferentes, se atraem.

A força elétrica é originada pela interação de uma carga elétrica com outras cargas elétricas, que podem ter sinal positivo ou negativo. Esta força pode ser de repulsão ou atração, conforme os sinais das cargas; se de sinais contrários se atraem as de sinais iguais se repelem. A intensidade da força elétrica é dada pela lei de Coulomb:

 F =k\frac{|q_1|\cdot |q_2|}{d^2}

Onde  q1 e q2  são as intensidades das cargas, d  é a distância entre elas e k é a constante dielétrica, que depende do meio no qual se encontram as cargas (no vácuo k = 9 × 109 N m²/C² ).

 

 

DESAFIOS

 

1- Duas cargas puntiformes encontram-se  no vácuo a uma distância de 10cm uma da outra. As cargas valem Q1 = 3,0 . 10-8C e Q2 = 3,0 . 10-9C. Determine a intensidade da força de interação entre elas.

 

2- Entre duas partículas eletrizadas, no vácuo, e a uma distância d, a força de interação eletrostática tem intensidade F. Se dobrarmos as cargas das duas partículas e aumentarmos a separação entre elas para 2d, ainda no vácuo, qual a intensidade F' da nova força de interação eletrostática?

 

3- Determine a magnitude da força elétrica em um elétron no átomo de hidrogênio, exercida pelo próton situado no núcleo atômico. Assuma que a órbita eletrônica tem um raio médio de d = 0,5.10-10 m.

 

4-  Duas cargas elétricas puntiformes positivas e iguais a Q estão separadas por uma distância de 30,0 cm no vácuo. Sendo a força de repulsão mútua tem intensidade 4,0. 10-1N. Determine a carga Q.

 

5- Duas cargas elétricas positivas e iguais a 1mC, no vácuo, se repelem com uma força de repulsão de 3,6. 10-2 N. Determine a distância entre as cargas elétricas.

 

6- Duas cargas elétricas positivas e puntiformes, das quais uma é triplo da outra, repelem-se com forças de intensidade 2,7 N no vácuo, quando a distância entre elas é 10 cm. Determine a menor das cargas.

 

7- Calcule a intensidade da força elétrica de repulsão entre duas cargas puntiformes 3.10-5 e 5.10-6 que se encontram no vácuo, separadas por uma distância de 15 cm.

 

8- A que distância deve ser colocada duas cargas positivas e iguais a 1mC, no vácuo, para que a força de repulsão elas tenham intensidade de 0,1 N?

 

9- (Cesgranrio-RJ) A lei de Coulomb afirma que a força de interação elétrica de partículas carregadas é proporcional:

   I.às cargas das partículas.

 II. às massas das partículas

 III. ao quadrado da distância entre as partículas.

 IV. à distância entre as partículas.

Das afirmativas acima:

 

a) somente I é correta.

b) somente I e III são corretas.

c) somente II e III são corretas.

d) somente II é correta.

e) somente I e IV são corretas.

 

10- Um corpo condutor inicialmente neutro perde . Considerando a carga elementar C , qual será a carga elétrica no corpo após esta perda de elétrons?

 

11- Um corpo possui e . Considerando a carga elementar C, qual a carga deste corpo?