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AS CARGAS ELÉTRICAS E A ELETROSTÁTICA
Prof.: Jean Carlos Rodrigues
O primeiro princípio fundamental da eletrostática é o da atração e repulsão.
Franklin observou que cargas elétricas de mesmo sinal se repelem, enquanto
que cargas opostas se atraem, fato ilustrado na figura a seguir:
PRINCÍPIOS DA ELETROSTÁTICA
O segundo princípio da eletrostática, trata-se da conservação das cargas
elétricas. Seu enunciado afirma que em um sistema isolado eletricamente, em
relação ao meio externo, a soma algébrica das cargas negativas e positivas
deverá permanecer constante conforme mostra a figura a seguir:
A carga elétrica total inicial do sistema composto pelos dois corpos eletrizados é de1 + 2, durante o contato, ocorre troca de cargas entre os corpos. A carga
elétrica final total será 5 + 6 . Pelo princípio da conservação das cargas
elétricas, conclui-se que 1 + 2 = 5 + 6.
Os materiais com grandes quantidades de elétrons livres são classificados como
condutores, pois possuem grande facilidade para conduzir eletricidade. Alguns
exemplos de materiais condutores de eletricidade são: ouro, zinco, tungstênio,
cobre, alumínio, dentre muitos outros. Em contrapartida, materiais com poucos
elétrons livres, são denominados isolantes ou dielétricos, pois apresentam
dificuldade em conduzir eletricidade. Pode-se citar como exemplos: madeira,
borracha, lã, papel, vidro etc.
CONDUTORES E ISOLANTES
Um corpo inicialmente neutro, pode ser eletrizado por meio de três processos,
são eles: eletrização por atrito, eletrização por contato ou eletrização por indução.
O primeiro e mais antigo processo de eletrização estudado é feito por atrito.
Neste, ao final, os corpos estarão com cargas elétricas de sinais opostos.
Um exemplo bastante comum é a experiência de eletrização entre o vidro e a lã,
conforme ilustra a imagem abaixo:
PROCESSOS DE ELETRIZAÇÃO
Ao atritarmos uma placa de vidro com um pano de lã, ambos inicialmente
neutros, há troca de cargas elétricas de tal forma que no final do processo
de eletrização, ao separarmos os dois corpos, estes estarão com cargas
elétricas opostas. O vidro perderá elétrons e ficará eletrizado positivamente,
já o pano de lã, tendo recebido os elétrons, ficará eletrizado negativamente.
O processo de eletrização por contato consiste em encostar dois corpos, um deles
neutro e o outro, eletrizado. Este experimento traz melhores evidências quando
ambos os corpos são condutores, visto que as cargas se distribuem
homogeneamente sobre sua superfície. A figura a seguir ilustra o processo de
eletrização por contato, onde o corpo A, inicialmente neutro, é colocado em contato
com um corpo B, eletrizado negativamente. Após o contato, verifica-se que ambos
os corpos ficarão eletrizados negativamente, pois o corpo perdeu somente parte
dos elétrons para o corpo
O último processo de eletrização, é o por indução. Neste, não há necessidade que
os corpos estejam em contato direto. A indução trata-se da separação momentânea
das cargas elétricas existentes em um corpo condutor, inicialmente neutro, por outro
corpo eletrizado, conforme ilustrado na figura mostrada a seguir:
Em 1875, Coulomb utilizando uma balança de torção, conseguiu determinar o valor
das forças de atração e repulsão eletrostática entre duas esferas eletrizadas. Desta
forma, Coulomb enunciou “a intensidade da força elétrica entre duas partículas
eletrizadas é diretamente proporcional ao produto das cargas elétricas e
inversamente proporcional ao quadrado da distância que as separa.” Observe a
ilustração:
LEI DE COULOMB
A expressão matemática que formaliza o enunciado da lei de Coulomb é
mostrada a seguir: F = K . q . Qd
Onde, é a força de atração ou repulsão entre as esferas eletrizadas em , é
a constante eletrostática do vácuo. As variáveis e representam as cargas
elétricas das esferas em ( ) e d representa a distância entre o centro das esferas
em . A figura 6 ilustra algumas destas variáveis.