INTRODUÇÃO A ELESTROSTÁTICA

ELETRICIDADE

A eletricidade é a parte da física que estuda os fenômenos elétricos e suas aplicações e é subdivida em Eletrostática, Eletrodinâmica e Eletromagnetismo.

Eletrostática: Estuda os fenômenos elétricos no qual as cargas elétricas se encontram em repouso.

Eletrodinâmica: Estuda os fenômenos elétricos no qual as cargas elétricas se encontram em movimento. É na eletrodinâmica que nos deparamos com diversas variáveis que constantemente utilizamos em nosso cotidiano, tais como: corrente elétrica, tensão elétrica, potência elétrica, dentre outras.

Eletromagnetismo: Estuda a relação entre os fenômenos elétricos e magnéticos. 

Para entendermos como os fenômenos elétricos ocorrem é necessário conhecer a estrutura atômica da matéria. O átomo basicamente é constituído de elétrons, prótons e nêutrons. Segundo o modelo atômico de Bohr o átomo é representado conforme a figura: 

Segundo o modelo atômico proposto por Bohr o núcleo do átomo é composto pelos prótons e nêutrons e ao redor dele, na eletrosfera, ficam os elétrons. As únicas partículas dotadas de carga são os prótons e os elétrons, sendo que os últimos são aqueles que participam dos fenômenos elétricos, pois os prótons se encontram fortemente ligados ao núcleo.

A carga elétrica do elétron foi mensurada pelo físico norte-americano Robert Andrews Millikan. Os valores das cargas de um elétron e de um próton são representados da seguinte forma:

elétron (e^-): - 1,6.10^-19 C

próton (p⁺): + 1,6.10^-19 C

Assim retirando as convenções de sinais podemos considerar que a carga elementar da matéria é igual a e = 1,6.10^-19 C.

Na natureza um corpo pode se apresentar eletrizado negativamente, positivamente ou eletricamente neutro.

Corpo eletricamente neutro: Para que um corpo se apresente eletricamente neutro o número de elétrons e prótons deve ser o mesmo.

Corpo eletrizado negativamente: Um corpo fica eletrizado negativamente quando ganha elétrons em relação ao estado inicial eletricamente neutro, possuindo assim um número de elétrons maior que o número de prótons.

Corpo eletrizado positivamente: Um corpo fica eletrizado positivamente quando perde elétrons em relação ao estado inicial eletricamente neutro, possuindo assim um número de elétrons menor que o número de prótons.

QUANTIDADE TOTAL DE CARGA ELÉTRICA DE UM CORPO (Q)

A quantidade de carga elétrica Q de um corpo corresponde ao produto entre a quantidade total de elétrons que esse corpo ganhou ou perdeu (n) e a carga elétrica elementar ( e = 1,6.10^-19 C).

Q = n.e

PRINCÍPIOS DA ELETROSTÁTICA

1º - Princípio da atração e repulsão das cargas

“Cargas de mesmo sinal se repelem, e cargas de sinais opostos se atraem.”

2º - Princípio de conservação de cargas elétricas

“Em um sistema isolado a soma algébrica das quantidades de carga elétrica é constante, ou seja, a soma das cargas elétricas em um estado inicial é igual a soma das cargas elétricas no estado final.”

  CONDUTORES E ISOLANTES

Os materiais poderão ser classificados como condutores, quando as cargas não encontram grande dificuldades no deslocamento, ou como isolantes ou dielétricos, em caso contrário.

Materiais isolantes ou dielétricos: são materiais cujos elétrons estão fortemente ligados ao núcleo, e por isso encontram grande dificuldade de movimentação. Como exemplo temos: a madeira, o ar atmosférico, o vidro, a borracha e etc.

Materiais condutores: são materiais cujos elétrons mais afastados do núcleo possuem grande facilidade de se movimentar. Como exemplo podemos citar: o corpo humano, os metais em sua grande maioria, o solo  e etc.

PROCESSOS DE ELETRIZAÇÃO

  Atrito

Na eletrização por atrito, os dois corpos ficam carregados com cargas de mesmo módulo, porém de sinais contrários.

A série triboelétrica determina a conversão de sinais entre os objetos atritados. A confecção dessa lista obedece a um critério bem definido: um elemento da relação, ao ser atritado com outro que o segue, fica eletrizado com carga elétrica positiva, e ao ser atritado com o que precede, fica eletrizado com carga elétrica negativa.

Contato

Na eletrização por contato, os corpos ficam eletrizados com cargas de mesmo sinal.

A quantidade de carga elétrica existente em cada um dos condutores no final do processo depende da forma e das dimensões dele. Considerando o caso particular de esferas condutoras iguais, temos que a distribuição de cargas será a mesma para ambos no final do processo.

Indução

Na indução eletrostática ocorre apenas uma separação entre algumas cargas positivas e negativas do corpo. Sendo que no fim do processo o corpo induzido se eletrizará sempre com carga de sinal contrário às do indutor. Segue abaixo o procedimento de indução.

1.      Aproximar o indutor (condutor eletrizado) do induzido (condutor neutro).

2.      Na presença do indutor, ligar o induzido à terra.

3.      Afastar o indutor do induzido.

Observe que, após afastar o indutor, as cargas existentes no corpo induzido redistribuem-se por toda a superfície externa. Essa carga adquirida tem sinal contrário ao da carga do indutor. Note que as cargas do indutor não se alteram.