ELETROSTÁTICA

Faça a seguinte experiência: pique um pedaço de papel em diversos pedacinhos, deixando-os sobre a mesa. Pegue um pente de plástico e passe-o diversas vezes no seu cabelo, lembrando que o cabelo não pode estar com creme. Após atritar o pente, aproxime-o dos pedacinhos de papel sobre a mesa. O que acontece? Você consegue explicar o fenômeno?

Ao que tudo indica, estamos diante de um fenômeno elétrico tal qual aconteceu com quem testava o âmbar lá da Grécia, na Antiguidade. Sabemos que as experiências realizadas provaram que os elétrons e prótons se atraem, como também provaram que elétrons se repelem mutuamente e que prótons também agem dessa maneira. Podemos dizer então que a propriedade que produz a atração ou a repulsão entre elétrons e prótons é denominada carga elétrica.

Pelo fato de os prótons e elétrons mostrarem comportamentos opostos, atribui-se um sinal positivo (no caso dos prótons) e outro negativo (no caso dos elétrons) para a carga elétrica de cada um deles. Dessa forma, podemos generalizar a interação entre essas partículas eletrizadas da seguinte forma:

Princípio da atração e repulsão

- Cargas elétricas do mesmo sinal se repelem
- Cargas elétricas de sinais contrários se atraem

Princípio da conservação das cargas elétricas

- Num sistema eletricamente isolado, o somatório das cargas elétricas permanece constante, ainda que sejam alteradas as quantidades de cargas positivas e negativas do sistema.

Vejamos a figura abaixo: nela consideramos um sistema formado por três corpos: A, B e C, isolados. Suponhamos que, de certa forma, haja troca de cargas entre eles. Ao final, suas cargas elétricas serão modificadas, mas a soma algébrica continuará constante. Veja que a soma algébrica das cargas era + 9, antes da troca de elétrons, e assim permaneceu após a troca.

Os processos de eletrização ocorrem na natureza constantemente e, muitas vezes, tais fenômenos passam despercebidos por nós. O fenômeno da eletrização consiste na transferência de cargas elétricas entre os corpos, e essa transferência pode ocorrer por três processos conhecidos: por atrito, por contato e por indução.

Eletrização por atrito

Para entender como ocorre a eletrização por atrito, faça a seguinte experiência. Pegue uma caneta esferográfica e corte alguns pedaços de papel bem pequeno. Agora atrite a parte de trás da caneta em seu cabelo e depois aproxime a parte atritada aos pedaços de papel.

Você irá observar os pequenos pedaços de papel sendo atraídos pela caneta. Isso ocorre porque quando você atritou a caneta no seu cabelo, houve uma transferência de elétrons entre os dois corpos, o que deixou a caneta carregada eletricamente. Ao aproximar essa caneta dos pedaços de papel, que são neutros, eles serão atraídos.

É importante assinalar que após o atrito, os corpos atritados ficam com cargas de sinais opostos. Isso é determinado por uma tabela chamada de série triboelétrica. Na figura que segue temos uma versão resumida dessa série.

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  Figura 1

 É muito simples entender o funcionamento da série triboelétrica. Se atritarmos, por exemplo, lã com celuloide, a lã ficará carregada positivamente, enquanto que o celuloide ficará carregado negativamente. Isso quer dizer, que durante o atrito, a lã perdeu elétrons e o celuloide, por sua vez, ganhou elétrons.

A eletrização por contato

A eletrização por contato, diferentemente da eletrização por atrito, necessita de pelo menos um dos corpos carregado eletricamente. Para entender o funcionamento do processo da eletrização por contato, considere um condutor carregado positivamente e outro condutor neutro.

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  Figura 2

 Aproxima-se o condutor positivo do condutor neutro até que ocorra o contato entre eles. Quando isso acontece, haverá uma transferência de elétrons do corpo neutro para o corpo carregado positivamente. Essa transferência irá ocorrer de maneira bem rápida até que ambos os condutores fiquem com o mesmo potencial elétrico.

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  Figura 3

 Separando-se os dois condutores, eles estarão com cargas de mesmo sinal.

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  Figura 4

 É importante salientar também que está valendo o princípio da conservação das cargas elétricas, que diz que a quantidade de cargas elétricas antes do contato é igual à quantidade de cargas elétricas depois do contato. Se os dois corpos forem absolutamente idênticos, no final da experiência eles ficarão com a mesma quantidade de carga elétrica, que será determinada pela média aritmética da quantidade de cargas antes do contato.

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  Figura 5

 Eletrização por indução

Na eletrização por atrito e por contato, há obrigatoriamente a necessidade do contato físico entre os corpos. Na eletrização por indução isso já não é necessário e é por isso que esse processo recebe esse nome.

Considere três condutores, um carregado eletricamente e ou outros dois neutros e encostados um no outro.

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  Figura 6

 Aproxima-se o condutor carregado dos condutores neutros. O condutor carregado será o indutor e os condutores neutros, os induzidos.

Durante essa aproximação, observa-se uma separação de cargas nos condutores neutros. Como o indutor é positivo, o induzido mais próximo do indutor ficará negativo e o induzido mais afastado ficará positivo.

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  Figura 7

 Agora com o indutor ainda próximo, separam-se os dois condutores que estão juntos.

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  Figura 8

 E por fim retira-se o indutor das proximidades dos outros dois corpos. Teremos como resultado os dois condutores que inicialmente eram neutros, agora carregados com cargas de sinais a opostos. Note que em momento algum houve o contato entre o condutor carregado e os condutores inicialmente neutros.

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  Figura 9

 Um exemplo de uma consequência da eletrização por indução são os raios. Quando temos uma nuvem carregada eletricamente durante uma tempestade, ela irá induzir na superfície cargas de sinais opostos criando assim um campo elétrico entre a nuvem e a superfície. Se esse campo elétrico for muito intenso teremos uma descarga elétrica violenta que nós conhecemos como raio.

GUIA DE FORMULAS - ELETROSTÁTICA

Eletrostática

Cargas elétricas
Carga elétrica elementar
Carga elétrica
Eletrização
Eletrização por atrito	Ambos os corpos eletrizados ficam com cargas de módulo igual, porém com sinais opostos.
Eletrização por contato	O cálculo da carga resultante após o processo é dado pela média aritmética entre a carga dos condutores em contato.
Eletrização por indução eletrostática	O processo é dividido em três etapas: 1ª etapa: Um bastão eletrizado é aproximado de um condutor inicialmente neutro, pelo princípio de atração e repulsão, os elétrons livres do induzido são atraídos/repelidos dependendo do sinal da carga do indutor. 2ª etapa: Liga-se o induzido à terra, ainda na presença do indutor. 3ª etapa: Desliga-se o induzido da terra, fazendo com que sua única carga seja a do sinal oposto ao indutor.
Força de interação entre cargas
Lei de Coulomb
Constante elétrica no vácuo
Campo elétrico
Intensidade do campo elétrico
Potencial elétrico
Energia potencial elétrica
Potencial elétrico
Trabalho de uma força elétrica
Diferença de potencial

Lista de exercícios
1. (Ita) Um objeto metálico carregado positivamente, com carga + Q, é aproximado de um
eletroscópio de folhas, que foi previamente carregado negativamente com carga igual a - Q.
I. À medida que o objeto for se aproximando do eletroscópio, as folhas vão se abrindo além do
que já estavam.
II. À medida que o objeto for se aproximando, as folhas permanecem como estavam.
III. Se o objeto tocar o terminal externo do eletroscópio, as folhas devem necessariamente
fechar-se.
Neste caso, pode-se afirmar que:

a) somente a afirmativa I é correta. 

    b) as afirmativas II e III são corretas. 

c) afirmativas I e III são corretas. 

     d) somente a afirmativa III é correta. 

       e) nenhuma das alternativas é correta. 

2. (Puccamp) Os relâmpagos e os trovões são conseqüência de descargas elétricas entre 

nuvens ou entre nuvens e o solo. A respeito desses fenômenos, considere as afirmações que 

seguem. 

I. Nuvens eletricamente positivas podem induzir cargas elétricas negativas no solo. 

II. O trovão é uma conseqüência da expansão do ar aquecido. 

III. Numa descarga elétrica, a corrente elétrica é invisível sendo o relâmpago conseqüência da 

ionização do ar. 

 Dentre as afirmações, 

a) somente I é correta.     b) somente II é correta.    c) somente III é correta.    

d) somente I e II são corretas.     e) I, II e III são corretas. 

3. (Uel) Campos eletrizados ocorrem naturalmente no nosso cotidiano. Um exemplo disso é o 

fato de algumas vezes levarmos pequenos choques elétricos ao encostarmos em automóveis. 

Tais choques são devidos ao fato de estarem os automóveis eletricamente carregados. Sobre 

a natureza dos corpos (eletrizados ou neutros), considere as afirmativas a seguir: 

I- Se um corpo está eletrizado, então o número de cargas elétricas negativas e positivas não é 

o mesmo. 

II- Se um corpo tem cargas elétricas, então está eletrizado. 

III- Um corpo neutro é aquele que não tem cargas elétricas. 

IV- Ao serem atritados, dois corpos neutros, de materiais diferentes, tornam-se eletrizados com 

cargas opostas, devido ao princípio de conservação das cargas elétricas. 

V- Na eletrização por indução, é possível obter-se corpos eletrizados com quantidades 

diferentes de cargas. 

Sobre as afirmativas acima, assinale a alternativa correta. 

a) Apenas as afirmativas I, II e III são verdadeiras. 

b) Apenas as afirmativas I, IV e V são verdadeiras. 

c) Apenas as afirmativas I e IV são verdadeiras. 

d) Apenas as afirmativas II, IV e V são verdadeiras. 

e) Apenas as afirmativas II, III e V são verdadeiras. 

4. (Ufrrj) As afirmativas a seguir se referem aos processos de eletrização. 

I - Na eletrização de um corpo neutro por indução, este fica com carga elétrica diferente do 

indutor. 

II - Na eletrização por atrito, os corpos ficam com cargas elétricas de sinais iguais. 

III - Na eletrização por contato, os corpos ficam com cargas elétricas de sinais diferentes. 

É correto afirmar que 

a) apenas a afirmativa I é verdadeira. 

b) as afirmativas II e III são verdadeiras. 

c) as afirmativas I e III são verdadeiras. 

d) apenas a afirmativa II é verdadeira. 

e) apenas a afirmativa III é verdadeira.

Gabarito 1. [D]     2. [E]        3. [B]       4. [A]