Eletrostática

Eletrostática

Eletrostática é, por definição, a área da física que vai estudar o comportamento das cargas elétricas em repouso. A eletrostática pode ser dividida em em três partes: atrito, indução e contato. A palavra vem do grego e eletrostática significa Eletrostática  elektron (eletricidade) + statikos, (estacionário).

Nesta aula vamos abordar abordar os seguintes questionamentos:

  • O que é a Eletrostática?
  • O que é a força eletrostática?
  • O que é o princípio da eletrostática
  • Como funciona a energia eletrostática?

Fios metálicos são ótimos condutores de eletricidade. Plástico e madeira são bons isolantes elétricos. Mas o que é eletricidade? E o que faríamos sem ela no mundo contemporâneo?

Os conceitos de eletricidade, condutores e isolantes elétricos serão abordados neste módulo, de grande importância prática.

Você precisa lembrar que colocar um objeto qualquer, principalmente metálico, em uma rede de energia pode ser perigoso. Ou saber que uma bateria de carro com terminais com azinhavre deve ser limpa, para melhor funcionamento da bateria.

Eletricidade e magnetismo

Difícil viver sem os confortos que a eletricidade nos proporciona. Essa forma de energia – a energia elétrica – está presente em cada uma das pequenas coisas que realizamos.

Desde o momento em que o despertador toca (os que funcionam à pilha ou ligados à corrente elétrica) até a hora de deitarmos, quando apagamos a luz para dormir, a energia elétrica nos auxilia em quase todas as nossas atividades, seja pelo uso de aparelhos como rádio, televisão, computador ou pela luz que nos permite trabalhar, ler, estudar, até a hora que julgarmos conveniente.

No passado, os ritmos eram muito mais ligados ao nascer e ao pôr-do-sol, era difícil realizar alguma tarefa à noite.

O uso da energia elétrica ampliou os horários de atividade humana e produziu uma verdadeira revolução de costumes. Hoje, em muitos equipamentos, a eletricidade está associada ao magnetismo, ampliando as facilidades que a vida moderna nos oferece.

Eletrostática

A foto que vemos mostra uma aurora boreal, fenômeno atmosférico visível nos céus do norte (como Sibéria, Alaska, países nórdicos).

Ela se forma por uma interação entre partículas elétricas emitidas pelo Sol e o campo magnético da Terra. Existem também auroras austrais, que se formam sobre o Polo Sul.

Esse que você vê na imagem acima é Tales de Mileto (624 a.C – 548 a.C aproximadamente), filósofo grego que teria sido o primeiro a perceber que o âmbar (resina fossilizada), ao ser atritado, adquiria a capacidade de atrair objetos leves, como pequenas sementes ou palha seca.

Esse fenômeno observado por ele, sabemos hoje, é uma manifestação de eletricidade estática ou eletrostática.

A palavra elétrico tem origem no nome grego para âmbar, que é elektron.

Você mesmo provavelmente já observou fenômeno semelhante, basta atritar um pente ou uma caneta de plástico em uma flanela e, em seguida, aproximar o objeto de pequenos pedaços de papel.

Faça essa experiência. O que aconteceu?

Veja a imagem seguinte. Se sua experiência não tiver dado certo, tente em um dia menos úmido, pois quanto mais seco o ar, tanto mais fácil de observar a ação da eletricidade estática.

Mas você sabe o que é eletricidade estática (ou eletrostática)?

É o estudo das propriedades das cargas elétricas em repouso, isto é, sem movimento.

eletricidade

Qual é a causa do que acabamos de descrever?

É a eletricidade!

Sim. Esse fenômeno ocorre por causa da eletricidade. Os corpos possuem cargas elétricas, cargas que podem ser positivas ou negativas.

Em uma situação de equilíbrio, os corpos têm igual número de cargas positivas e negativas, podemos dizer que eles são neutros.

Porém, há situações em que um corpo pode ganhar ou perder cargas elétricas. Nesse caso, dizemos que ele está eletrizado.

No caso do experimento que descrevemos, o atrito foi o fator que retirou cargas de um corpo passando-as para outro, o plástico recebeu cargas negativas que foram retiradas da flanela.

A região atritada ficou com excesso desse tipo de cargas, e elas atraíram as cargas positivas do papel.

Então, por tudo o que foi explicado, podemos concluir que existem dois tipos de cargas elétricas: as cargas positivas e as negativas, sendo que as de mesmo nome (sinais) se repelem e as de nomes (sinais) contrários se atraem.

cargas iguais diferentes

cargas iguais diferentes

Essas cargas elétricas estão relacionadas às cargas elétricas presentes nas partículas subatômicas que já estudamos em Química.

Você lembra que os elétrons têm carga negativa e que os prótons têm carga positiva. E lembra também que somente os elétrons podem passar de um átomo para outro, então, quando um corpo fica eletrizado negativamente é porque ele ganhou elétrons, já o corpo que ficou eletrizado positivamente perdeu elétrons.

Veja também:

Condutores e isolantes

Alguns materiais possuem uma estrutura atômica que facilita o movimento de elétrons através deles, é o caso dos metais, nos quais sempre há elétrons livres ao redor do núcleo dos átomos.

Todas as substâncias que permitem o deslocamento de portadores de cargas elétricas através delas recebem o nome de condutores.

Os principais condutores são os metais; as soluções eletrolíticas (soluções em que o soluto se dissocia em íons, como é o caso do sal dissolvido na água) e os gases ionizados.

Porém, alguns materiais não possuem esses elétrons livres sendo muito difícil a passagem de cargas elétricas através deles.

Nesse caso, dizemos que essas substâncias são isolantes. É o caso da borracha, da porcelana, do vidro, dos plásticos.

É por isso que uma tomada tem peças de metal por dentro e por fora é feita de plástico.

O mesmo acontece com os fios elétricos: por dentro há metal e a eletricidade se desloca por ele, mas ao redor desse metal há uma capa plástica que impede a saída das cargas que estão no fio.

Processos de eletrização

São os processos de transferência de elétrons entre os corpos. Os principais são:

Por atrito

Ao atritarmos dois corpos constituídos por materiais diferentes, como no caso da caneta e da flanela, estamos fornecendo energia suficiente para que elétrons sejam arrancados, passando de um corpo para outro: um deles ficará eletricamente negativo e o outro, eletricamente positivo.

Por contato

Quando dois corpos são colocados em contato, as cargas elétricas tendem a se distribuir por eles, portanto, é possível eletrizar um corpo colocando-o em contato junto a outro já eletrizado.

Por indução

Dá-se apenas pela proximidade, sem que haja contato entre os corpos. Um corpo de carga positiva (A), denominado indutor, é aproximado de um corpo neutro (induzido). As cargas negativas dele são atraídas, e os elétrons acumulam-se numa extremidade.

Nesse momento, o corpo ainda não está eletrizado, mas se esse corpo for Ligado à Terra, cargas passarão para ele, e ele ficará carregado com carga contrária à do indutor (a Terra é uma fonte permanente de cargas elétricas e também recebe os excedentes gerados em outras atividades).

indutor

Eletroscópio

Para saber se um corpo está eletrizado, podemos usar um aparelho denominado eletroscópio. O tipo mais simples recebe o nome de eletroscópio de folhas. Veja:

Ao aproximarmos um corpo eletrizado da placa metálica, observamos o afastamento das folhas condutoras no interior do frasco. Esse afastamento acontece porque cargas de mesmo sinal se repelem.

Referências Bibliográficas

  • BENETTI, Bernadete; DE FRANÇA RAMOS, Eugenio Maria; DA CRUZ, Wesley de Oliveira. Física nos anos iniciais da educação básica-a experiência do pibid com o ensino de eletrostática. Revista de Enseñanza de la Física, v. 27, n. 1, p. 499-504, 2015 https://dialnet.unirioja.es/servlet/articulo?codigo=5492494
  • SALEM, Sonia; ROBILOTTA, Manoel Roberto. Estruturas conceituais no Ensino de Física: uma aplicação à Eletrostática. 1986  https://bdpi.usp.br/item/000718881

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