Cargas Elétricas - Física III

                 I. Introdução

Desde de antes de Cristo, evidências apontam a existência das cargas elétricas. Tales de Mileto conseguiu observar o processo de eletrização por atrito mesmo sem saber ao certo os fundamentos desse método. Séculos se passaram até que o cientista Stephen Gray descobrisse que a propriedade de atrair e repelir dos materiais poderia ser transferida de um corpo para outro através de contato. Outro importante cientista que contribui para o estudo das cargas elétricas foi Benjamin Franklin, que considerava em sua teoria a carga elétrica como um fluido elétrico que podia ser transferido de um corpo para outro.  Assim, o corpo que perdesse esse fluido ficava com falta de carga elétrica e o que ganhasse, encontrava-se com excesso de cargas elétricas. Apenas depois de muitos anos as cargas elétricas foram definidas da forma como as conhecemos hoje e descobriu-se que ocorre mobilidade de elétrons, sendo que a falta de elétrons origina um corpo positivo e o excesso de elétrons, um corpo negativo.

A determinação de que os elétrons são cargas negativas e os prótons cargas positivas e meramente convencional. Porém, em valor absoluto, essas cargas são iguais e denominamos essa carga de carga elétrica elementar.

Um conceito importante associado as cargas elétricas consiste em um corpo estar eletrizado, isto é, quando o somatório de prótons e elétrons é diferente. Quando a soma dessas duas cargas é igual, temos um corpo neutro.

Em meio ao estudo das cargas elétricas, tem-se os processos de eletrização. O fenômeno de eletrização é aquele onde um corpo neutro passa a ser eletrizado devido a alteração número de elétrons do mesmo.

O processo de eletrização por atrito é o mais antigo dentre os demais e consiste em atritar-se dois corpos neutros de materiais diferentes, de modo que um deles ficará eletrizado com carga negativa, ou seja, com excesso de elétrons e o outro, por sua vez, terá falta de elétrons e, portanto, estará eletrizado positivamente. Esses corpos adquirem cargas de mesmo módulo, contudo de sinais opostos.

 Para saber qual dos materiais irá ganhar ou perder elétrons, precisa-se consultar a Serie Triboelétrica dos materiais, pois quanto mais abaixo na escala, maior a tendência de receber elétrons, retirando os mesmos do outro corpo que é atritado.

O segundo método de eletrização é denominação Eletrização por Contato. Esse processo baseia-se em dois ou mais corpos condutores entrarem em contato, sendo que pelo menos um deles deve estar eletrizado para que ocorra uma redistribuição de cargas pelas superfícies dos corpos. O mais importante nesse processo é saber que o corpo neutro adquire carga de mesmo sinal da carga do corpo eletrizado inicialmente e que a soma algébrica das cargas deve ser a mesma antes, durante e depois do contato.

Há também a possibilidade de colocar um condutor eletrizado em contato com a terra, de modo que este se neutraliza. O que acontece é que o excesso de cargas elétricas presentes no condutor irá para a terra e caso haja falta de elétrons, elétrons da terra subiram para o condutor afim de neutralizá-lo. Esse processo é denominado de descarga elétrica de um condutor.

O último processo de eletrização é o Processo por Indução Eletrostática. Nesse processo, um condutor eletrizado é aproximado de um condutor neutro, gerando neste uma redistribuição dos seus elétrons livres. Isso ocorre, uma vez que, as cargas existentes no condutor eletrizado podem atrair ou repelir os elétrons livres do condutor neutro.

Nos procedimentos experimentais realizados será possível observar algumas das propriedades das cargas elétricas e, principalmente, dos processos de eletrização.

II. Objetivo

Verificar o comportamento das cargas elétricas, a existência de dois tipos e a forma de interação entre elas.

III. Material

• Dois Eletroscópios
• Bastão isolante com ponta metálica
• Papel
• Tira de alumínio
• Disco metálico para o bastão

IV. Procedimento

Inicialmente, atritou-se o bastão de vidro com um papel. A seguir, aproximou-se o meio do bastão do eletroscópio de forma que não haja contato efetivo entre eles. Afastou-se o bastão.

Posteriormente, repetiu-se o procedimento anterior, porém colocou-se o dedo no eletroscópio ainda com o bastão aproximado. Depois tirou-se o dedo e, em seguida, o bastão  

No quarto item ambos os eletroscópios foram descarregados através do contato com o dedo e aproximados de modo que suas placas metálicas entrassem em contato. Então, aproximou-se o meio do bastão carregado novamente do sistema de eletroscópios. Logo após, afastou-se os eletroscópios e observou-se.  Ainda com os eletroscópios separados, atritou-se novamente o bastão de vidro e aproximou-se de cada um dos equipamentos, anotando o ocorrido. No final, os eletroscópios foram novamente aproximados.

Descarregou-se o bastão de vidro passando a mão por todo o conjunto. Segurou-se o bastão pela parte isolante e encostou-se a parte metálica do bastão nas placas metálicas dos eletroscópios. Depois, segurando o bastão diretamente pela parte metálica e o mesmo foi encostado, novamente, nas placas dos eletroscópios.

Por fim, as placas dos eletroscópios foram tocadas novamente e repetiu-se o quarto item, aproximando o bastão carregado e tocando com o dedo um dos eletroscópios.

V. Resultados

1) O que acontece quando atritamos a barra?

A barra de vidro é um material isolante, dessa forma a mobilidade das cargas elétricas não acontece com facilidade. Assim, quando atrita-se o bastão de vidro com o papel, por meio do processo de eletrização por contato, ocorre fluxo de elétrons de um material para o outro.

A quantidade liquida de cargas ganhadas e perdidas é a mesma para ambos os corpos, porém com sinais opostos. Como o papel encontra-se abaixo do vidro na Série Triboelétirca, ou seja, esse tende a ficar negativo, os elétrons passaram do vidro para o papel. Assim, o papel fica com excesso de elétrons e adquire carga negativa, enquanto o vidro por sua vez, irá conter cargas positivas.  

2) Justifique a reação observada no eletroscópio para item da observação.

Experiência 2 – Ao aproximar o bastão, a haste de alumínio levanta, ficando de forma praticamente ortogonal em relação a haste de ferro acoplada a mesma. Isso indica que houve repulsão entre as hastes. .

Ao aproximar o bastão de vidro carregado positivamente, os elétrons da estrutura metálica do eletroscópio são atraídos para parte superior da placa metálica do eletroscópio por meio do processo de indução. Assim, ocorre uma densidade de cargas negativas momentaneamente. Com o deslocamento dos elétrons, a parte de baixo que contém as hastes de ferro e alumínio, apresenta um déficit de elétrons e, por essa razão encontram-se positivas, o que automaticamente resultará em uma força de repulsão entre as mesmas, fazendo com que a folha de alumínio se desloque.