Carga Elétrica

INTRODUÇÃO TEÓRICA

A carga elétrica, representada pela letra Q, é uma unidade elementar de carga, representada pela letra e, que se manifesta em certos elementos particulares, como por exemplo, os prótons e os elétrons.

Os prótons e elétrons são estruturas pertencentes ao que chamamos de átomo. Além de prótons e elétrons, a estrutura do átomo também é composta por nêutrons. Os elétrons situam-se no que se denomina eletrosfera e são portadores de cargas negativas, enquanto os prótons e nêutrons situam-se no núcleo do átomo. Os prótons com cargas positivas, e os nêutrons com carga neutra.

Dizemos que um corpo é neutro, quando sua carga de prótons é igual a sua carga de elétrons. Nesse caso |Qp| = |Qe| = e = 1,6 x 10-19 C. Onde C, equivale a unidade de Coulomb.

Um corpo é eletrizado ou carregado, quando seu número de prótons é diferente do número de elétrons. Nesse caso, temos as seguintes condições:

Quando o número de prótons é maior que o número de elétrons, ou seja, o átomo perdeu elétrons, ele tende a ficar carregado positivamente, é o que chamamos de “cátion”. Já quando o número de prótons é menor que o número de elétrons, ou seja, ele ganhou elétrons, ele tenda a ficar carregado negativamente, é o que chamamos de “ânion”.

No momento em que falamos de prótons e nêutrons, é importante ressaltar que estes são formados por uma partícula “Quark”. Esse Quark é um dos dois elementos que constitui a matéria, ele ocorre em seis tipos diferentes de natureza. Para nós o que vai importar são as naturezas que compõe os prótons e os nêutrons. São elas, up (+2/3 e) e down (-1/3 e). Para se formar um próton são necessários dois ups e um down. Já para se formar um nêutron, são necessários apenas um up e um down.

A fórmula que calcula a carga elétrica é a seguinte:

Q = +/- n.e

Onde Q corresponde a carga elétrica, n corresponde ao número de elétrons cedidos ou recebidos, e e corresponde ao valor da carga elementar.

É importante lembrar que essa carga elétrica que é calculada em Coulomb, possui múltiplos e submúltimos, tais quais:

m (mili) = 10-3 K (kilo) = 103

µ (micro) = 10-6 M (mega) = 106

n (nano) = 10-9 G (giga) = 109

p (pico) = 10-12 T (tera) = 1012

Já sabemos que todos os átomos são constituídos por elétrons, prótons e nêutrons, sabemos também que os prótons e nêutrons se encontram no núcleo, e que os elétrons se encontram na eletrosfera. Para que eles elétrons permaneçam em órbita na eletrosfera, existe uma força que os segura e não os deixa sair. Porém, quanto maior a distância entre a órbita e o núcleo, mais fraca fica essa força, fazendo com que os elétrons tenham uma facilidade ao se mover, o que dá origem aos chamados elétrons livres.

São justamente esses elétrons livres que vão nos dizer se um material vai ser condutor ou isolante, pois são eles os responsáveis pelo transporte e passagem da corrente elétrica.

Os Condutores são materiais que permitem a fácil movimentação de cargas elétricas, como por exemplo, os metais, as soluções eletrolíticas e o gás ionizado. Enquanto que os Isolantes (dielétricos) são materiais que não permitem a fácil movimentação dessas cargas elétricas, como por exemplo, a borracha, o ar, a fita isolante, o vidro, etc.

Denomina-se eletrização, o processo de retirar ou acrescentar elétrons a um corpo, para que ele fique eletrizado. Na eletrização, assim como a massa e a energia, a carta elétrica também obedece a um princípio de conservação. Existem três tipos de processos de eletrização: A eletrização por atrito, a eletrização por contato, e a eletrização por indução.

Para nós, a que vai nos interessar para esse experimento é a eletrização por atrito. Nele nós iremos “esfregar” dois corpos neutros. Assim ocorrerá a transferência de elétrons de um corpo para o outro, o que deixará um corpo carregado negativamente e o outro carregado positivamente, ou seja, cargas elétricas opostas, porém de mesmo valor. Um bom exemplo de eletrização por atrito é quando ocorre uma viagem em um dia muito seco. O carro ficará eletrizado pelo atrito com o ar. As várias partículas de poeira, sujeira e os gases que formam o ar são atritados com a lataria do carro fazendo com que aconteça uma transferência de elétrons de um corpo para o outro. O carro fica eletrizado, pois adquire cargas elétricas ao ser atritado. Logo, ao sair do carro, um passageiro que toca a lataria pode levar um choque. Outro exemplo de eletrização por atrito é Quando você se penteia, se os cabelos e o pente estão bem secos, os fios de cabelo eletrizam-se com cargas de mesmo sinal e repelem-se uns aos outros. Você fica com o “cabelo em pé”. Ao tirarmos uma roupa de naylon ou de lã, o atrito com o corpo provoca a eletrização do tecido, e, se estivermos no escuro, ocorrerão pequenos estalos. Isso se deve às pequenas faíscas que surgem entre o corpo e a roupa, provocadas pelo escoamento de cargas elétricas. Caminhando sobre um tapete de lã, você também pode ficar “eletrizado” devido ao atrito de seus sapatos com o tapete. Vale lembrar que nesses casos não ocorre transferência de prótons, apenas de elétrons.

Na eletrização por atrito, não dá para saber quem ficou carregado positivamente ou negativamente a olho nu. Para isso foi criada uma tabela chamada série triboelétricaI. Essa série classifica os elementos quanto a sua facilidade em doar ou receber elétrons, o que vai nos ajudar a descobrir a carga dos elementos após a eletrização. Segue a tabela abaixo:

OBJETIVO

O objetivo desse experimento é compreender o conceito de carga elétrica utilizando o processo de eletrização por atrito. Ver quais bastões e quais tecidos de materiais diferentes se tornam eletricamente positivos e eletricamente negativos.

MATERIAL UTILIZADO

Os materiais utilizados foram os seguintes: Haste metálica, tecidos de diferentes materiais (Poliéster, algodão, papel) e bastões de materiais diversos (polipropileno, PVC, acrílico, vidro poliacetal, canudinho (plástico)).

METODOLOGIA

1º passo: Atritar um dos bastões