O Prinçípios Eletrostática

ELETROSTÁTICA

Alana Indah Boaventura, Anderson Souza, Thiago Dieminger Albring

Universidade Federal do Pampa – UNIPAMPA

Engenharia Mecânica

CEP 97546-550, Alegrete – RS

Brasil

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Resumo – O seguinte artigo tem como objetivo relatar os experimentos que comprovam na prática o comportamento das cargas elétricas dentro da eletrostática, que tem como princípio o equilibrio dessas e o comportamento da atração e repulsão nos corpos. Tais corpos podem ser eletrizados das seguintes maneiras: Atrito, contato e indução.

Palavra-Chave – Atrito, Cargas elétricas, Condução, Eletrização, Eletrostática, Indução. 

ELECTROSTATICS        

Abstract – The following article aims to report experiments that demonstrate the practical behavior of electrical charges within the electrostatic, whose principle is the balance of these and the behavior of attraction and repulsion in the bodies. Such corpses can be electrified in the following ways: friction, contact and induction.

 Keywords –Friction, Electric charge, Conduction, Electrization, Electrostatics Induction.

1. Introdução

    Os efeitos da eletrostática são observados desde a antiguidade clássica em diversos fenômenos naturais, mas devido à falta de recursos tecnológicos na época, tais estudos não eram muito aprofundados e os resultados encontrados eram obtidos geralmente de forma empírica. Apesar de não se saber tudo a respeito da eletrostática, atualmente há um maior conhecimento sobre o assunto explicado através de teorias e comprovações práticas.

    A seguir podemos ver alguns conceitos importantes para o entendimento dos experimentos realizados.

    Os átomos são formados por uma grande quantidade de partículas. Dentre elas as mais conhecidas são o próton (carga positiva), o elétron (carga negativa) e o nêutron (carga nula). Quando o número de prótons em um átomo é igual ao número de elétrons, este se encontra no estado neutro. Pode-se estender este raciocínio à matéria em geral. Esta condição é chamada de Equilíbrio Eletrostático.

    A eletrostática baseia-se em três princípios básicos: Conservação de cargas elétricas, atração e repulsão.

    O principio da conservação de cargas define que em um sistema isolado a soma das cargas é constante. Nos outros dois princípios observa-se respectivamente que cargas de sinais contrários se atraem e de mesmo sinal se repelem [1].

    Os corpos na maioria das vezes estão neutros, isso impede que fenômenos elétricos sejam notados, deve se então gerar um desequilíbrio entre a quantidade de prótons e elétrons no interior do material.

    Se um corpo é carregado positivamente significa que perdeu elétrons e estando carregado negativamente recebeu elétrons [2].

    O desequilíbrio entre as cargas é possível a partir de um processo chamado de Eletrização, que pode ocorrer de três maneiras: atrito, contato e indução.

    A eletrização por atrito ocorre devido à eletrovalência, capacidade de doar ou receber elétrons, dos materiais, onde um corpo ficará eletrizado positivamente e o outro negativamente. A eletrização por contato necessita que um dos corpos esteja eletrizado e o outro neutro, o corpo eletrizado atrairá as partículas de sinais contrários presentes no corpo neutro até que ambos fiquem como o mesmo potencial elétrico. De diferente modo, no processo de eletrização por indução um corpo eletrizado, indutor, é posto próximo (sem contato) a um corpo neutro, o induzido, o indutor atrairá as cargas de sinal contrário no induzido, polarizando-o.

    Tais métodos de eletrização são empregados de acordo com o resultado que se deseja obter [3].

   

Conceitos preliminares a respeito dos dispositivos utilizados nos experimentos:

   O gerador Van de Graaff é um dispositivo eletrostático, que foi projetado para produzir altas tensões elétricas e torna-lá disponível para experimentos.  O gerador é composto por: uma correia de material isolante, dois roletes, uma cúpula de descarga, um motor, duas escovas metálicas e uma coluna de apoio. A seguir  pode-se ver a ilustração do gerador de Van de Graaf, representado na fig.1.

    Seu princípio de funcionamento  se baseia na  excitações por atrito, ou seja: Através da movimentação da correria que é eletrizada por atrito na parte inferior do gerador, ao atingir a parte superior, as cargas elétricas que surgiram com o processo de eletrização são transferidas para a superfície interna do metal, sendo então distribuídas para toda a superfície da cúpula que fica carregada de cargas elétricas. [4]

[pic 1]

Fig. 1.  Imagem ilustrativa do Gerador de Van de Graaff.

    O eletroscópio é um aparelho destinado a indicar se um corpo está ou não eletrizado. Os eletroscópios mais comuns são o pêndulo eletrostático e o eletroscópio de folhas.

    O pêndulo eletrostático constitui numa esfera de isopor ou cortiça, que é presa em um fio de náilon, preso em uma haste firme. Este pêndulo funciona como um indutor, e quando é preciso saber se o corpo está ou não eletrizado, deve-se aproximá-lo da esfera. Se a esfera continuar em repouso quer dizer que o corpo está neutro, agora se a esfera for atraída pelo corpo significa que o mesmo está eletrizado. [5]

    O eletroscópio de folhas é composto por duas finas lâminas de alumínio presas numa das extremidades de uma haste metálica, sendo que na outra extremidade dessa mesma haste é presa uma esfera de material condutor, representado na figura 2. Este sistema é acondicionado dentro de um recipiente de vidro totalmente isolado. Quando aproxima-se um corpo eletrizado da esfera condutora, as lâminas de alumínio do eletrocópio se abrem, pois o corpo eletrizado induz na esfera condutora cargas de sinal contrário às dele, produzindo assim a repulsão entre as folhas.

[pic 2]

Fig. 2.  Imagem ilustrativa do eletroscópio de folhas.

    Serão apresentadas algumas experiências que demostram esses efeitos, os quais serão descritos e esclarecidos brevemente nesse artigo, que visa o entendimento do comportamento e as propriedades de cargas elétricas em repouso, ou dos corpos que se tornam eletrizados de alguma maneira.

1. Metodologia de Implementação

1. Experimento 1         

    Uma flanela de tecido foi atritada em um canudo de plástico, para assim eletrizar o mesmo com uma carga desconhecida, depois o canudo foi aproximado sem tocar à cúpula do gerador ligado. Após esse procedimento foi observado que o canudo se afastava da cúpula quando se tentava o contato entre eles, se repelindo mutuamente, esse fenômeno ocorreu pelo motivo de que tanto o canudo quanto a cúpula estavam eletrizados com cargas de mesmo sinal, comprovando assim a lei de atração e repulsão [6].