Fisica Experimental 3

1. Introdução

O estudo da eletricidade e do magnetismo remonta aos gregos antigos e tomou grande impulso no século XVIII, com as contribuições de Franklin, Priestley, Mitchell e Coulomb entre outros. No início do século XIX, Oersted descobriu que os fenômenos elétricos e magnéticos eram da mesma natureza, ao perceber que a agulha de um imã era perturbada quando colocada nas proximidades de um fio percorrido por uma corrente. Já nos meados desse século, Maxwell conseguiu formalizar as leis do eletromagnetismo em quatro equações, cuja importância é a mesma que as leis de Newton estão para a mecânica. Com essas equações se previu a existência das ondas eletromagnéticas bem como se pode determinar a natureza ondulatório-eletromagnética da luz. Dessa forma, a ótica, que era considerada como uma matéria à parte passou também a se integrar no escopo de estudo da teoria eletromagnética.

1.1 Carga Elétrica

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 eletrosfera, onde os elétrons permanecem, em órbita.

Se pudéssemos separar os prótons, nêutrons e elétrons de um átomo, e lançá-los em direção à 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 tem carga negativa e os nêutrons tem carga neutra.

Eletricidade é o fenômeno físico associado a cargas elétricas estáticas ou em movimento. Seus efeitos se observam em diversos acontecimentos naturais, como nos relâmpagos, que são faíscas elétricas de grande magnitude geradas a partir de nuvens carregadas.

1.2 Processos de 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.

Abaixo segue a série triboelétrica:

1.3 Indução e contato

No processo de eletrização por indução não há contato entre os objetos. Através da indução podemos carregar os materiais condutores mais facilmente. Vejamos como isto é possível.

Suponhamos que aproximemos o bastão de borracha (carga negativa) de uma barra metálica isolada e inicialmente neutra. As cargas negativas (elétrons) da barra metálica serão repelidas para regiões mais afastadas e a região mais próxima ao bastão ficará com um excesso de cargas positivas. Se agora ligarmos um fio condutor entre a barra metálica e a terra (o que chamamos de aterramento), os elétrons repelidos pelo bastão escaparão por este fio, deixando a barra carregada positivamente tão logo o fio seja removido.

Se, por outro lado, fosse à barra de vidro (carga positiva) aproximada da barra metá-

lica, esta última ficaria carregada negativamente, pois pelo fio condutor aterrado seriam atraídos elétrons da terra.

Observe que, em ambos os processos, os bastões carregados (indutores) não perderam carga alguma.

Um corpo é eletrizado apenas pela aproximação de outro corpo previamente eletrizado, todavia, para que esta eletrização se mantenha é necessário de utilizar de um simples artifício, sem o qual o corpo volta ao seu estado anterior.

Na eletrização por indução, o corpo induzido sempre se eletriza com carg de sinal contrário à do corpo indutor

Por contato um corpo é eletrizado pelo contato com outro corpo previamente carregado.

Na eletrização por contato os corpos sempre se eletrizam com cargas de mesmo sinal.

1.4 Lei de Coulomb

Charles Augustin Coulomb desenvolveu uma teoria que chamamos hoje de Lei de Coulomb. A Lei de Coulomb trata da força de interação entre as partículas eletrizadas, as partículas de mesmo sinal se repelem e as de sinais opostos se atraem.

O físico Charles Coulomb utilizou para estudar estas forças, um equipamento que ele mesmo desenvolveu. A balança de torção. Este equipamento consiste em um mecanismo que calcula a intensidade do torque sofrido por uma partícula que sofre repulsão.

Em muitos exercícios você pode encontrar o termo carga elétrica puntiforme, este termo se refere a um corpo eletrizado que tem dimensões desprezíveis em relação à distância que o separa de outro corpo eletrizado.

As cargas elétricas positivas são atraídas pelas cargas elétricas negativas e as cargas com mesmo nome se repelem, A lei de Coulomb diz que a intensidade da força eletrostática entre duas cargas elétricas é diretamente proporcional ao produto das cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância que as separa. Vamos observar a equação que a explica.

Onde:

F é a força de interação entre duas partículas (N)

k é uma constante (N.m2/C2)

Q é a carga elétrica da primeira partícula (C)

q é a carga elétrica da segunda partícula (C)

d é a distância que separa as duas partículas (m)

É importante lembrar que utilizamos os módulos das cargas elétricas das partículas, ou seja, colocamos na fórmula apenas o valor numérico, sem o sinal (que indica o sentido do vetor) desta carga.