Processos de eletrização

1. INTRODUÇÃO TEÓRICA

Os primeiros relatos sobre eletricidade foram feitos pelo povo grego e logo pelo filósofo Tales de Mileto, observando um material âmbar, o qual é semelhante ao plástico. Após ter atritado o material à pele de animais ou lã, notou-se que tinha a capacidade de atrair objetos leves. Logo, foram feitas inúmeras descobertas chegando a conclusões que essa capacidade de atração de leves objetos não era específica do âmbar e que diversas outras substâncias também tinha tal capacidade. Assim, ao aprimorar mais os estudos sobre as descobertas, hoje temos os chamados fenômenos elétricos, dentre eles os processos de eletrização que se divide em três grupos: eletrização por atrito, eletrização por contato e eletrização por indução. (MARQUES, 2016)

O processo de eletrização por atrito consiste em atritar entre si duas substâncias diferentes e neutras, as quais se eletrizam, uma cedendo elétrons à outra e no final adquirindo cargas de sinais opostos. Tendo como exemplo a lã e o vidro, ao se atritar os dois corpos, o vidro cede elétrons para a lã, ficando positivamente carregado e a lã, negativamente carregada. Tal fenômeno pode ser identificado com referências teóricas através da chamada Série Triboelétrica, a qual tem referências de meterias que têm facilidade de trocarem elétrons e designa a uma listagem em ordem crescente de materiais quanto à possibilidade de perder elétrons. Tendo em vista que um corpo que perde elétrons fica carregado positivamente, então, na Série Triboelétrica, quanto maior a facilidade de adquirir cargas positivas, mais alta é a posição que tal material ocupa na tabela. (CORTES e BATISTA, 2011)

A eletrização por contato acontece entre dois corpos, um carregado positiva ou negativamente e colocado em contato com outro corpo neutro. Ao se estabelecer o contato entre os dois corpos, há uma transferência de elétrons até que suas cargas fiquem com módulos e sinais iguais. A exemplo disso, tomando-se duas esferas denominadas A e B, com A sendo neutra e B carregada positivamente, ao colocarem as duas em contato, tem-se uma transferência de elétrons da esfera A (neutra) para a esfera B e, no final as duas esferas ficam carregadas positivamente.

A somatória das cargas na eletrização por contato, tem que ser a mesma, antes e depois do contato. Se os corpos forem idênticos, para se obter a carga de cada um deles após o contato, faz-se a média aritmética das cargas.

O processo de eletrização por indução basicamente é uma aproximação, sem nenhuma espécie de contato de um corpo carregado, o qual é chamado de indutor, com um corpo neutro, chamado de induzido. Quando se aproxima o indutor do induzido, o induzido tem a capacidade de reorganizar suas cargas em diferentes pontos da estrutura da substância. Tal reorganização das cargas ocorre devido interações entre as cargas elétricas do respectivo corpo e o campo elétrico criado pelo indutor. Neste caso, um campo elétrico gerado por um indutor carregado positiva ou negativamente atrai ou repele os elétrons livres do induzido, fazendo com que estes se reorganizem na estrutura do mesmo. Nesse tipo de processo de eletrização é necessária a ligação de uma espécie de fio terra no corpo neutro para concluir o processo de modo com que as cargas da extremidade oposta à da região do campo elétrico aplicado pelo indutor sejam anuladas.  Após a movimentação de elétrons pelo fio terra o sistema atinge o equilíbrio. Assim, removendo-se o fio terra o sistema fica com o induzido, o corpo que inicialmente era neutro, eletricamente carregado e no final do processo se obtém corpos com cargas de sinais opostos. (KÍTOR)

1. OBJETIVOS

Observar os processos de eletrização por atrito, contato e indução através do conjunto eletrostático.

1. MATERIAL UTILIZADO

• 01 tripé tipo estrela 1Kg;
• 02 isolantes em nylon 145x32mm;
• 01 haste de vidro 250x8mm;
• 01 haste de acrílico 250x8mm;
• 01 haste de PVC 250x16mm;
• 01 haste poliacetal 250x8mm;
• 01 haste polipropileno 250x8mm com orifício central;
• 01 suporte para haste 32x65mm;
• 01 folha de papel alumínio 200x200mm;
• 01 haste 4mm tipo “J”;
• 01 retalho de nylon 120fios;
• 01 flanela 300x400mm;
• 20 canudos de plástico.

Materiais Complementares:

• Papel toalha;
• Papel sulfite.

1. METODOLOGIA

Eletrização por atrito:

• Picar pedacinhos de papel alumínio e colocá-los sobre a mesa. Quanto menores, melhor;
• Friccionar com energia o extremo do canudo plástico com um pedaço de papel toalha;
• Aproximar o canudo plástico dos pedacinhos de papel alumínio;
• Friccionar com energia um canudo plástico e em seguida “colocá-lo” na parede;

Eletrização por Contato:

• Montar o pêndulo eletrostático com uma haste tipo “J;
• Retirar um fio do retalho de nylon e amarrá-lo na extremidade da haste tipo “J”;
• Na extremidade livre do fio de nylon colocar um círculo de papel alumínio com diâmetro aproximado de 10mm. Utilizar uma moeda de dez centavos para facilitar o corte do círculo. No corte, deixar uma pequena “orelha”, para fixar no fio de nylon;
• Friccionar com energia o extremo do canudo de plástico no papel toalha e aproximar do pêndulo de alumínio;
• Friccionar com energia o extremo do bastão de vidro no papel e aproximar do pêndulo de alumínio;
• Repetir os experimentos acima com outros materiais e identificar a eletricidade de cada bastão:

 vidro e papel / pvc e papel / polipropileno e papel / acrílico e papel.

Eletrização por Indução:

• Montar um pêndulo duplo de círculo de papel alumínio nas extremidades do fio de nylon;
• Friccionar com energia o extremo do canudo de plástico no papel toalha e aproximar dos pêndulos de alumínio;
• Aproximar o canudo de plástico eletrizado dos pêndulos de alumínio até que se estabeleça o contato;
• Montar um equipamento para colocar a haste de polipropileno com orifício central no suporte para haste, horizontalmente;
• Eletrizar com o papel toalha o extremo do canudo de plástico e aproximar do bastão de poliacetal (neutro) em equilíbrio horizontal;
• Retirar o bastão de poliacetato do suporte e eletrizar no papel toalha com forte fricção um extremo do bastão. Então temos um extremo eletrizado e outro neutro, pois o bastão poliacetal é isolante elétrico;
• Recolocar o bastão de poliacetal no suporte horizontal e aproximar o canudo de plástico eletrizado do bastão de poliacetal também eletrizado;
• Aproximar o canudo de plástico eletrizado do lado neutro do bastão de poliacetal;
• Eletrizar com papel toalha e com forte ficção o extremo do bastão de vidro, aproximar o bastão de acrílico ao bastão de poliacetal eletrizado negativamente.

1. RESULTADOS E ANÁLISES

Na eletrização por atrito

• Ao friccionar o extremo do canudo plástico com um papel toalha e aproximar dos pedaços de papel alumínio picados, os mesmos foram atraídos pelo canudo plástico;
• Os pedaços de papel alumínio foram atraídos pelo canudo, pois o atrito do papel toalha com o canudo, o canudo recebe elétrons tornando-o carregado negativamente, assim como o papel toalha por sua vez fica com carga oposta (seguindo as referências da Série Triboelétrica). Sendo assim, ao se aproximar o canudo carrego dos pedaços de papel alumínio neutros ele atrai as cargas de sinal oposto dos mesmo, a força gerada é suficiente para que os pedaços de papel alumínio grudem no canudo;
• Ao atritar entre si duas substâncias diferentes, elas se eletrizam com cargas elétricas de sinais opostos. Ao atritar o canudo plástico com o papel toalha, o papel cede elétrons para o canudo. Portanto, o canudo ficará eletrizado negativamente e o papel ficará eletrizado positivamente;
• Quando se friccionou o canudo plástico, com energia, e em seguida “colocou-o” na parede ocorreu atração do canudo pela parede, porque ao atritar o canudo com o papel toalha, o mesmo ficou eletrizado negativamente. Então quando colocado contra qualquer superfície, o canudo irá atrair cargas contrárias as que ele possui, e se estas forem em número suficiente vão gerar uma força capaz de manter o canudo grudado, se não forem o canudo pode cair;

Na eletrização por contato

• Quando friccionado com energia o extremo do canudo de plástico com o papel toalha e aproximá-lo do pêndulo de alumínio, o canudo atraiu o círculo de papel alumínio;

• Desenho da distribuição das cargas elétricas:

[pic 1]

• O pêndulo de alumínio foi atraído pelo canudo de plástico, porque era um corpo neutro antes do contato e o canudo um corpo eletrizado com carga negativa. Houve atração, portanto, para que se estabelecesse um equilíbrio e os dois corpos ficassem eletrizados igualmente;
• O pêndulo foi repelido pelo canudo após atração e contato, porque quando há uma atração, imediatamente, o corpo carregado já descarrega no corpo neutro. Nesta condição, o canudo carregado negativamente passou elétrons para o pêndulo (neutro)e os dois ficaram carregados com cargas de mesmo sinal, sendo assim os dois corpos com carga negativa, se repelem;
• Ao friccionar com energia o extremo do bastão de vidro no papel toalha e aproximar do pêndulo de alumínio ocorreu uma atração entre os dois, porque ambos os corpos, (canudo plástico quanto e bastão de vidro) atraíram o pêndulo de alumínio ao serem aproximados, sendo dois tipos de corpos eletrizados atraindo um corpo neutro;
• Quando se permite a aproximação de ambos, ocorre transferência de cargasentre os objetos, que passam a se repelir havendo, tendo ocorrido eletrizaçãopor contato entre os corpos. A transferência de cargas entre os corpos torna-osigualmente carregados e, portanto passam a repelir um ao outro;
• Para se eletrizar um corpo metálico (círculo de papel alumínio), pode-se fazer uso de um outro corpo (canudo de plástico) previamente eletrizado, encostado um no outro. Se encostar o pêndulo de alumínio (neutro) em um canudo de plástico eletrizado negativamente, haverá passagem de elétrons do canudo de plástico eletrizado para o pêndulo de papel alumínio neutro e, ao final, estarão ambos negativos e se repelem. Na eletrização por contato os corpos ficam com cargas elétricas de mesmo sinal;
• O canudo  ao ser atritado com o papel toalha se eletrizou negativamente segundo as referências da Série Triboelétrica, o papel tem mais tendência a doar elétrons em relação ao canudo (plástico). Então o papel doou elétrons ao canudo tornando-o eletricamente negativo;
• Ao se repetir os experimentos com outros materiais, identificou-se a eletricidade de cada um:

• Plástico e papel:

O plástico se eletrizou negativamente e o papel positivamente;

• Vidro e papel:

O vidro se eletrizou positivamente e o papel negativamente;

• Pvc e papel:

O pvc se eletrizou negativamente e o papel positivamente;