Introdução à eletricidade

Introdução à eletricidade

Introdução à eletricidade

1 - A carga elétrica e a eletrização2 - Condutores, isolantes e os processos de eletrização3 - A Lei de Coulomb4 - Questões resolvidas

1 - A carga elétrica e a eletrização

Desde o estudo da termodinâmica, a física voltou-se predominantemente ao mundo microscópico, aos fenômenos cuja natureza reside na existência e nas características e propriedades das partículas elementares. Inacessíveis à observação direta, elas são detectadas indiretamente pelas pistas ou traços deixados em grandes máquinas, onde são produzidos os mais diferentes ensaios experimentais, orientados por hipóteses teóricas. A eletricidade reside em partículas que compõem o átomo, ou melhor, na carga elétrica, propriedade de algumas partículas elementares, cuja compreensão e aplicação se amplia dia a dia, embora a natureza intrínseca dessa propriedade talvez demore a ser compreendida.

Os fenômenos de natureza elétrica são conhecidos há séculos. O termo eletricidade se origina da palavra elektron, nome grego do âmbar, resina que se petrifica séculos depois de secretada por algumas árvores, fragmentos de âmbar, quando esfregados com a pele de algum animal, adquirem a propriedade de atrair pequenos corpos como penas, pedaços de pergaminho ou folhas. Aliás, o ato de esfregar um corpo contra o outro foi a primeira forma eficiente utilizada pelo ser humano para produzir eletricidade.

Eletrizar um corpo é dotá-lo de eletricidade. O que isso significa e a explicação desse processo dependem da nossa compreensão da estrutura elementar da matéria.

A idéia do átomo como constituinte elementar da matéria tornou-se definitivamente aceita desde o início do século XX. E, com ela, a convicção de que a eletricidade é uma propriedade de partículas elementares que compõem o átomo: os elétrons, partículas que contêm a carga elementar negativa, dispostos em camadas que se assemelham a nuvens envolvendo o núcleo do átomo, e os prótons, partículas de carga elétrica positiva, localizados no núcleo.

Características da carga elétrica:

  • A carga elétrica se conserva, isto é, a carga elétrica total de um sistema eletricamente isolado é constante e é quantizada, ou seja, seu valor é múltiplo do valor da carga elétrica elementar;

  • Existem dois tipos de carga elétrica, uma chamada negativa e outra chamada positiva ;

  • Cargas elétricas de mesmo tipo repelem-se; de tipos diferentes atraem-se;

  • Em todo o átomo, o número de elétrons é igual ao número de prótons, ou seja, todo átomo é eletricamente neutro.

2 - Condutores, isolantes e os processos de eletrização

Em princípio, condutor é o corpo através do qual as partículas portadoras de cargas elétricas podem mover-se com  facilidade. Quando isso não ocorre, ou ocorre com muita dificuldade, o corpo é chamado de isolante.

A idéia de eletrização é muito simples. Se a matéria é constituída de átomos e todos os átomos são eletricamente neutros, todo corpo é eletricamente neutro. Assim, nonível da estrutura elementar da matéria, eletrizar um corpo é fazer com que os seus átomos tenham um número de elétrons diferente do número de prótons. Dois processos básicos nos permitem provocar esse desequilíbrio: a eletrização por contato e a eletrização por indução.

Eletrização por contato - quando dois corpos de materiais diferentes, eletricamente neutros, são postos em contato muito próximo (fortemente pressionados um comtra o outro), as suas camadas eletrônicas superficiais ficam também muito próximas. Por isso, os elétrons de um corpo podem migrar para o outro. O corpo que adquire elétrons torna-se eletricamente negativo; o que perde elétrons torna-se eletricamente positivo. A forma mais eficiente de estabelecer ou provocar esse contato é esfregar um corpo contra o outro. Daí essa forma de eletrização ser chamada de eletrização por atrito.

Eletrização por indução - Nesse processo, não há contato direto entre os corpos. Basta aproximar um corpo carregado, o indutor, de um corpo neutro a ser carregado, o induzido.

3 - A Lei de Coulomb

Por volta de 1775, algumas evidências experimentais convenceram o físico-químico inglês Priestley de que a interação elétrica deveria ser descrita por uma lei semelhante à da interação gravitacional - a atração ou repulsão entre cargas elétricas deveria ser também diretamente proporcional ao produto das cargas elétricas, grandeza equivalente à massa na interação gravitacional, e inversamente proporcional à distânci. Dez anos depois, o físico francês Coulomb comprovou experimentalmente a previsão teórica de Priestley, num resultado que ficou conhecido como Lei de Coulomb:

A intensidade das forças de interação F entre dois pontos materiais de cargas elétricas e é diretamente proporcional ao produto dessas cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância d entre esses pontos.

 Matematicamente, a Lei de Coulomb é expressa na forma:

4 - Questões resolvidas

  1. Na figura estão representadas duas partículas de carga de mesmo sinal, cujos valores são e , separadas, no vácuo, por uma distância d = 2.0 m.

a) Qual o módulo da força de interação elétrica entre essas partículas?b) Qual o módulo dessa força se a distância for reduzida a 0.40 m?(Dado: )Soluçãoa)

b) Para d = 0.40 m, o módulo de F passa a ser:

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