Eletrostatica

INTRODUÇÃO

1- ELETROSTÁTICA

Toda a matéria que conhecemos é formada por moléculas. Esta, por sua vez, é formada de átomos, que são compostos por três tipos de partículas elementares: prótons, nêutrons e elétrons.

Os átomos são formados por um núcleo, onde ficam os prótons e nêutrons e uma eletros fera, onde os elétrons permanecem, em órbita.

Os prótons e nêutrons têm massa praticamente igual, mas os elétrons têm massa milhares de vez menor. Sendo m a massa dos prótons, podemos representar a massa dos elétrons como:

Ou seja, a massa dos elétrons é aproximadamente duas mil vezes menores que a massa dos prótons.

Podemos representar um átomo, embora fora de escala, por:

Se pudéssemos separar os prótons, nêutrons e elétrons de um átomo, e lançá-los em direção a um imã, os prótons seriam desviados para uma direção, os elétrons a uma direção oposta a do desvio dos prótons e os nêutrons não seriam afetados.

Esta propriedade de cada uma das partículas é chamada carga elétrica. Os prótons são partículas com cargas positivas, os elétrons têm carga negativa e os nêutrons têm carga neutra.

Um próton e um elétron têm valores absolutos iguais embora tenham sinais opostos. O valor da carga de um próton ou um elétron é chamado carga elétrica elementar e simbolizado por e.

A unidade de medida adotada internacionalmente para a medida de cargas elétricas é o Coulomb (C).

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A carga elétrica elementar é a menor quantidade de carga encontrada na natureza, comparando-se este valor com Coulomb, têm-se a relação:

A unidade Coulomb é definida partindo-se do conhecimento de densidades de corrente elétrica, medida em ampère (A), já que suas unidades são interdependentes.

Um Coulomb é definido como a quantidade de carga elétrica que atravessa em um segundo, a secção transversal de um condutor percorrido por uma corrente igual a um ampère.

2- ELETRIZAÇÃO DOS CORPOS

A única modificação que um átomo pode sofrer sem que haja reações de alta liberação e/ou absorção de energia é a perda ou ganho de elétrons.

Por isso, um corpo é chamado neutro se ele tiver número igual de prótons e de elétrons, fazendo com que a carga elétrica sobre o corpo seja nula. Pela mesma analogia podemos definir corpos eletrizados positivamente e negativamente.

Um corpo eletrizado negativamente tem maior número de elétrons do que de prótons, fazendo com que a carga elétrica sobre o corpo seja negativa.

Um corpo eletrizado positivamente tem maior número de prótons do que de elétrons, fazendo com que a carga elétrica sobre o corpo seja positiva.

Eletrizar um corpo significa basicamente tornar diferente o número de prótons e de elétrons (adicionando ou reduzindo o número de elétrons).

Podemos definir a carga elétrica de um corpo (Q) pela relação:

Onde:

Q= Carga elétrica, medida em Coulomb no SI;

n= quantidade de cargas elementares, que é uma grandeza adimensional e têm sempre valor inteiro (n=1, 2, 3, 4...)

e= carga elétrica elementar ( )

A eletrostática é basicamente descrita por dois princípios, o da atração e repulsão de cargas conforme seu sinal (sinais iguais se repelem e sinais contrários se atraem) e a conservação de cargas elétricas, a qual assegura que em um sistema isolado, a soma de todas as cargas existentes será sempre constante, ou seja, não há perdas.

4.

3- PROCESSOS DE ELETRIZAÇÃO

Considera-se um corpo eletrizado quando este tiver número diferente de prótons e elétrons, ou seja, quando não estiver neutro. O processo de retirar ou acrescentar elétrons a um corpo neutro para que este passe a estar eletrizado denomina-se eletrização.

Alguns dos processos de eletrização mais comuns são:

3.1- ELETRIZAÇÃO POR ATRITO

Este processo foi o primeiro de que se tem conhecimento. Foi descoberto por volta do século VI a.C. pelo matemático grego Tales de Mileto, que concluiu que o atrito entre certos materiais era capaz de atrair pequenos pedaços de palha e penas.

Posteriormente o estudo de Tales foi expandido, sendo possível comprovar que dois corpos neutros feitos de materiais distintos, quando são atritados entre si, um deles fica eletrizado negativamente (ganha elétrons) e outro positivamente (perde elétrons).

Quando há eletrização por atrito, os dois corpos ficam com cargas de módulo igual, porém com sinais opostos

Esta eletrização depende também da natureza do material, por exemplo, atritar um material M1 com uma material M2 pode deixar M1 carregado negativamente e M2 positivamente, enquanto o atrito entre o material M1 e outro material M3 é capaz de deixar M1 carregado negativamente e M3 positivamente.

Convenientemente foi elaborada uma lista em dada ordem que um elemento ao ser atritado com o sucessor da lista fica eletrizado positivamente. Esta lista é chamada série tribo elétrica:

5.

3.2- ELETRIZAÇÃO POR CONTATO

Outro processo capaz de eletrizar um corpo é feito por contato entre eles.

Se dois corpos condutores, sendo pelo menos um deles eletrizado, são postos em contato, a carga elétrica tende a se estabilizar, sendo redistribuída entre os dois, fazendo com que ambos tenham a mesma carga, inclusive com mesmo sinal.

O cálculo da carga resultante é dado pela média aritmética entre a carga dos condutores em contato.

Por exemplo:

• Um corpo condutor A com carga é posto em contato com outro corpo neutro . Qual é a carga em cada um deles após serem separados.