Eletroscópio e Processos de Eletrização

Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul

Física Geral e Experimental C - Trabalho Final

Turma 360 - 2016/1

Bruna Sgarioni, Edgar Junior, Nattália Luvizon

FENG

Eletroscópio e processos de eletrização

Resumo: O ensino da eletrostática é muito beneficiado com o auxílio de experimentos que visam melhorar a compreensão da teoria abordada em aula. Através do eletroscópio é possível observar fenômenos que levaram ao modelo de cargas positivas e negativas, como também aos diferentes processos de eletrização e analisar as características dos condutores e isolantes, bem como relacionar com a série triboelétrica e sua aplicações. Palavras-chave: eletrostática, eletroscópio.

Introdução

Primeiramente é preciso definir eletrização, a qual pode resultar em dois acontecimentos diferentes. Quando após a eletrização o corpo ganha elétrons é dito que foi eletrizado negativamente, tendo um número maior de elétrons do que de prótons; e quando o corpo perde elétrons, assim haverá mais prótons do que elétrons, o corpo foi eletrizado positivamente. A eletrização pode ser feita por três maneiras diferentes: atrito, contato e indução.

O eletroscópio é um equipamento utilizado para identificar se um corpo está eletrizado. Esse instrumento deve possuir duas características essenciais para poder ser um eletroscópio: deve estar isolado eletricamente da Terra e precisa demonstrar de forma visível quando está neutro e quando está carregado eletricamente. [1]

As teorias desenvolvidas para o mundo microscópico são feitas a partir de observações de fenômenos macroscópicos, de modo que expliquem de forma coerente tais acontecimentos. O eletroscópio é um equipamento onde podemos observar esses fenômenos e observar de forma crítica como a teoria se relaciona com eles. O eletroscópio tem uma grande importância no estudo da eletrostática de modo que é possível ao aluno ver de onde a teoria que ele está estudando surgiu.

A eletroscopia é de grande importância no meio científico, desde a detecção de fenômenos radioativos, até aplicação na indústria, como a têxtil e as de papeis. O tema foi escolhido justamente devido à importância do acesso aos estudantes à observação e análise de como e a partir de quais fenômenos pôde ser criado o modelo atualmente aceito, da existência de cargas carregadas positivamente e negativamente.

Historicamente, os motivos que impulsionaram a criação dos eletroscópios foram as investigações a respeito da eletricidade atmosférica e também como tentativa de medir o rendimento das máquinas eletrostáticas criadas em torno do século XVIII. Havia, entretanto, uma falta de clareza a respeito das variáveis envolvidas, que influenciavam no funcionamento das máquinas eletrostáticas Os conceitos físicos ainda não tinham sido desenvolvidos, os quais são de fundamental importância, como dito na frase de Heilbron: “A quantificação da teoria física pressupõe a existência de conceitos apropriados, expressáveis matematicamente, e simples de serem testados e medidos. O coração do

processo está na construção dos conceitos. [...]” (Heilbron,1982,p.218). O primeiro eletroscópio provavelmente foi o de Du Fay em 1737, o qual pendurava fios dobrados em duas partes iguais sobre um corpo, quando esse era carregado as duas partes do fio se afastavam ficando na forma da letra V, porém invertida. [2]

Fundamentação teórica

Alguns materiais apresentam, sob determinadas condições, fenômenos elétricos, os quais podem ser observados desde os tempos mais remotos. Diversos modelos foram criados para tentar entendê-los, porém, aquele que obteve maior destaque é o estabelecido por Benjamin Franklin. Ainda quando sequer se sabia da existência de elétrons e prótons, Franklin supôs que a carga existente nos materiais se comportava como os números, positivos e negativos [3], sendo uma forma de fluido. Com isso, ele realizou experimentos e afirmou que a carga nunca é criada ou destruída, mas simplesmente transferida de um corpo para o outro. Hoje chamamos esta propriedade de Conservação da Carga [4].

No entanto, apenas foi possível obter tais resultados graças a estudos anteriores, como os de Stephen Gray, classificando as substâncias em condutoras e isolantes, e os de Charles du Faye, o qual propôs a existência de dois tipos de cargas e uma relação, atrativa ou repulsiva, entre elas. A partir desses estudos foram estabelecidos diversos experimentos e conceitos, os quais proporcionaram o entendimento das relações entre diferentes materiais e seu conteúdo elétrico.

Pode-se considerar duas classes de materiais com propriedades elétricas muito distintas, os condutores e os isolantes. Os primeiros são materiais através dos ou nos quais a carga pode facilmente se mover, enquanto que os isolantes podem ser considerados materiais através dos ou nos quais as cargas permanecem em locais fixos [3], normalmente sendo eletricamente carregados por atrito.

Os materiais em seu estado fundamental são neutros; a somatória de suas cargas elétricas é nula. É por isso que os fenômenos elétricos só podem ser observados em determinadas condições, ou seja, para que haja repulsão ou atração entre dois ou mais materiais é preciso que a somatória de suas cargas não seja nula. Isso quer dizer que é preciso que haja cargas positivas ou negativas em excesso no material [5]. Sendo assim, podemos afirmar que a eletrização ocorre para todo tipo de material, seja ele isolante ou condutor, mas o que os difere é a mobilidade das suas cargas [3].

Considerando o modelo atômico, sabe-se que um átomo é constituído de prótons e nêutrons, os quais permanecem fixos no seu núcleo; e elétrons, os quais apresentam mobilidade para se movimentar na nuvem eletrônica (carregada negativamente). Com isso, deve-se levar em consideração que apenas os elétrons possuem a capacidade de transitar entre objetos necessariamente em contato, já que tal trânsito não ocorre pelo ar [3]. Sendo assim, a eletrização dos objetos ocorre de 3 diferentes formas, cada uma com suas particularidades.

a) Eletrização por atrito: Consiste em um processo mecânico no qual dois materiais distintos e neutros são atritados, fazendo com que haja um fluxo de elétrons. Ao final do