Eletroestática

Eletrostática

A maioria dos materiais é eletricamente neutra: não apresenta efeitos elétricos. Há meios de "carregar" eletricamente um corpo,

ou seja, torná-lo eletrizado. Convivemos diariamente com várias ocorrências que comprovam a existência de eletricidade estática. Em dias secos, por exemplo, nosso corpo pode ficar carregado eletricamente ao caminharmos sobre um tapete. Em dias assim, também é comum nossos cabelos ficarem eletrizados ao nos pentearmos.

Carga elétrica

Se atritamos dois corpos, podemos verificar o fenômeno da eletrização. Dos estudos realizados através de séculos, concluiu-se que, durante um processo de atritamento, há uma transferência de elétrons de um corpo para o outro, e também que a força de atração ou a de repulsão entre os corpos se devem a uma propriedade da matéria denominada carga elétrica. Temos, portanto, uma força de origem elétrica. Como há dois tipos de força elétrica (a de atração e a de repulsão), ocorrem dois tipos de carga elétrica, de comportamentos opostos. Benjamin Franklin tenha sido quem primeiro empregou as expressões "eletricidade positiva" e "eletricidade negativa" para esses dois comportamentos.

As partículas elementares estáveis do átomo são os prótons, os elétrons e os nêutrons. Convencionou-se atribuir ao próton a carga elétrica positiva; em decorrência, o elétron é negativo e a carga do nêutron é nula. Quando nos referimos às cargas elétricas das partículas elementares, estamos identificando o "menor valor de quantidade de carga elétrica possível fisicamente". No SI, a unidade de quantidade de carga elétrica é o Coulomb (C). O próton e o elétron possuem a mesma quantidade de carga elétrica em módulo, e esse valor, simbolizado por e, é denominado quantidade de carga elementar (e = 1,6 x 10-19 C).

O valor de e foi obtido experimentalmente pela primeira vez por Harvey Fletcher, no início do século XX, e em seguida, seu orientador, Robert A. Millikan, aprimorou a montagem de Fletcher e obteve valores mais precisos para a carga elétrica elementar.

Submúltiplos:

• 1 mC (milicoulomb) = 10-3 C;

• 1 /μC(microcoulomb) = 10-6 C;

• 1 nC (nanocoulomb) = 10-9 C.

A quantidade de carga elétrica total (Q) será sempre um número inteiro (n) vezes o valor da carga elementar (e):

Q = n.e

• Quando o número de prótons em um átomo ou em urna molécula qualquer é igual ao número de elétrons, o átomo ou a molécula são eletricamente neutros.

• Se o número de prótons for diferente do número de elétrons, teremos um íon.

• Generalizando, dizemos que um corpo está eletrizado quando o número total de prótons (np) é diferente do número total de elétrons (ne)

Corpo eletricamente neutro np = ne

Corpo eletrizado positivamente np > ne Cedeu elétrons

Corpo eletrizado negativamente np < ne Recebeu elétrons

Condutores e isolantes

Para que um material seja condutor de energia elétrica, é necessário que ele possua portadores de carga elétrica e mobilidade para os portadores de carga elétrica.

Os principais condutores (e os respectivos portadores de carga) são:

• os metais (elétrons livres);

• as soluções eletrolíticas (íons);

• os gases ionizados (íons e elétrons).

Em um material isolante, os elétrons estão fortemente ligados a átomos, e não podem se mover livremente. O vidro, a madeira seca e o ar são exemplos de material isolante.

Numa situação intermediária entre os condutores e os isolantes, existem os materiais semicondutores, como por exemplo o silício e os supercondutores que abaixo de determinadas temperaturas permitem que os elétrons se movam sem nenhum impedimento.

FIXAÇÃO

01 - Um corpo está eletrizado com uma quantidade de carga elétrica Q = -1,6 x 10-10 C.

a) O corpo apresenta excesso ou falta de elétrons?

b) Qual é o número de elétrons correspondente?

02 - Um sistema é constituído por um corpo de massa M, carregado positivamente com carga Q, e poroutro corpo de massa M, carregado negativamente com carga de módulo Q. Em relação a esse sistema pode-se dizer que:

a) sua carga total é -Q e sua massa total é 2M. b) sua carga total é nula e sua massa total é nula.

c) sua carga total é +2Q e sua massa total é 2M. d) sua carga total é +Q e sua massa total é nula.

e) sua carga total é nula e sua massa total é 2M.

03 - Um corpo inicialmente neutro cedeu 1,0 x 1020 elétrons.

a) O corpo possui carga elétrica negativa ou positiva?

b)