Eletrização e Força Elétrica

1) O que vem a ser o fenômeno da eletrização de um corpo?

Eletrizar é fazer com que um corpo, inicialmente neutro, adquira carga elétrica.

 

2) Como ocorre a eletrização nos diversos tipos de corpos?

Nos metais os elétrons se libertam facilmente das últimas camadas dos átomos, movimentando-se livremente pelo material. Isso determina que as cargas elétricas podem espalhar-se imediatamente no metal. Outras substâncias, ao contrário, têm os elétrons fortemente ligados ao núcleo de seus átomos e por isso não podem deslocar-se livremente pelo material, o que dificulta a condução da eletricidade.

 

3) Como são classificados os materiais quando a sua eletrização ou condução de cargas elétricas?

Além dos metais, outros materiais como grafite, cerâmica apresentam átomos cujos elétrons livres têm essa capacidade de libertar-se e movimentar-se pelo material. São materiais capazes de conduzir eletricidade, sendo por isso chamados de condutores. Já outros onde há dificuldade da condução da eletricidade, são denominados isolantes ou dielétricos, são eles vidro, cera, borracha, seda.

 

4) Quando podemos dizer que um corpo está eletrizado?

Todo corpo é feito por átomos. Em um átomo o número de prótons é fixo, porém ele pode receber ou perder elétrons. Quando isso ocorre o átomo fica eletrizado. Se o átomo recebe elétrons, ele fica carregado negativamente. Se o átomo perde elétrons, ele fica carregado positivamente. Quando o número de prótons é igual ao de elétrons, o átomo está eletricamente neutro.

 

5) De que maneiras podem ocorrer a eletrização?

A eletrização de um corpo inicialmente neutro pode ocorrer por atrito, por contato ou por indução.

 

6) O que é eletrização por atrito?

Quando dois corpos eletricamente neutros, são atritados um contra o outro, elétrons de um passam para o outro, em consequência um fica eletrizado negativamente e outro positivamente. Deste modo, há transferência de elétrons de um objeto para outro. Os objetos adquirem cargas elétricas com sinais opostos e em igual número.

 

7) O que é eletrização por contato?

Se colocarmos em contato dois condutores, um neutro e o outro eletrizado, ambos ficarão eletrizados, isto é, parte da carga elétrica do condutor eletrizado é transferida para o corpo inicialmente neutro, de modo que ambos entrem em equilíbrio de cargas elétricas. Deste modo, os objetos condutores adquirem cargas de mesmo sinal.

 

8) O que é eletrização por indução?

O fenômeno de indução se baseia no fato de que a eletrização deve ocorrer sem que o corpo neutro entre em contato físico direto com o corpo eletrizado. Tomando se um corpo (A) eletrizado (indutor) e aproximando-o de um corpo (B) neutro (induzido), notamos uma separação de cargas no corpo B. (figura acima)

Quando o corpo induzido está ligado temporariamente à Terra (ou a um corpo maior com que possa trocar elétrons), o induzido adquire cargas elétricas opostas às do indutor. Desta forma, há um processo de separação de cargas em um objeto condutor neutro, quando dele se aproxima um objeto carregado eletricamente.

 

9) Por que corpos que sofrem eletrização ou se aproximam ou se repelem?

Isso é possível admitindo que um corpo aplica uma força sobre o outro, denominada força elétrica, que pode ser de atração ou repulsão.

 

10) Como se manifesta a força elétrica entre os corpos?

Cargas elétricas de mesmo sinal se repelem. Cargas de sinais opostos se atraem. Por isso, corpos eletrizados com a mesma carga se afastam um do outro. Já corpos com cargas de sinais opostos se atraem.

Na figura, o balão encontra-se carregado. Suas cargas são capazes de atrair o filete de água em razão da força elétrica.

 

11) As forças elétricas de manifestam com intensidades diferente?

Como as forças elétricas manifestam-se com intensidades diferentes, para calcularmos estas intensidades usa-se a Lei de Coulomb.

 

Charles Augustin de Coulomb (1736-1806)

12) O que diz a Lei de Coulomb?

A força elétrica que existe entre dois corpos carregados eletricamente depende diretamente da quantidade de cargas de cada um deles.

A força elétrica que existe entre dois corpos carregados eletricamente depende inversamente do quadrado da distância que separa esses dois corpos.

Deste modo, a força elétrica (ou eletrostática) é proporcional aos valores das cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre elas.

De acordo com a sua lei, a força entre duas partículas eletricamente carregadas é diretamente proporcional ao módulo de suas cargas e é inversamente proporcional ao quadrado da distância entre elas. Abaixo, apresentamos a fórmula matemática descrita pela lei de Coulomb:

F — força eletrostática (N)

k₀ — constante dielétrica do vácuo (N.m²/C²)

Q — carga elétrica (C)

q — carga elétrica de prova (C)

d — distância entre as cargas (m)

Na fórmula acima, k0 é uma constante de proporcionalidade chamada de constante eletrostática do vácuo, seu módulo é aproximadamente de 9 x 10⁹ N.m²/C². Além disso, sabemos que cargas de sinal igual repelem-se enquanto cargas de sinais opostos atraem-se.

Os cabelos da mulher na figura estão carregados com carga de mesmo sinal e, por isso, repelem-se mutuamente.

Atividades:

1) Julgue cada afirmativa como verdadeira (V) ou falsa (F):

a) Elétrons livres de uma substância são elétrons que não ficam ligados a um só átomo, podendo deslocar-se pelo interior de sua constituição. (    )

b) Um corpo está eletrizado quando apresenta cargas negativas ou positivas em excesso. (    )

c) Um corpo está eletrizado negativamente quando seus átomos devem ganhar elétrons e positivamente quando devem perder elétrons. (    )

d) Dois corpos se repelem quando ambos os corpos têm carga negativa, ou quando ambos têm cargas positivas.

e) Se acontece atração e afastamento entre corpos eletrizados é porque existe a atuação de uma força: a força elétrica. (    )

f) Uma caneta é considerada neutra eletricamente, pois não possui cargas positivas nem cargas negativas. (  )

g) A força elétrica causa o afastamento ou a atração entre corpos eletrizados. Sua intensidade é medida pela Lei de Coulomb. (    )

h) Quando ambos os corpos têm carga positiva, a força elétrica é de afastamento. (    )

 

2) Represente o vetor Força Elétrica nas cargas posicionadas abaixo:

a) 

b)  

c) 

d) 

e) 

 

3) Os corpos eletrizados por atrito, contato e indução ficam carregados respectivamente com cargas de sinais:     

      (A) iguais, iguais e iguais.  

      (B) iguais, iguais e contrários.

      (C) contrários, contrários e iguais.

      (D) contrários, iguais e contrários.   

 

4) Um estudante atrita um pente de plástico em seu cabelo e aproxima-o de um filete de água, que imediatamente se encurva na direção do pente. Marque a alternativa que explica de forma correta o motivo pelo qual isso ocorre.

      (A) O fenômeno é possível porque a água é um condutor universal.

      (B) Após o atrito, o pente adquire a mesma carga elétrica da água, por isso, o filete é atraído.

     (C) As cargas elétricas em excesso no pente atraem as cargas de mesmo sinal da água, fazendo com que o filete sofra deflexão.

      (D) Após o atrito, o pente adquire carga elétrica com sinal oposto a da água, por isso, o filete é atraído.

 

5) Dois elétrons situados a uma distância d repelem-se com uma força elétrica de módulo F. Se a distância entre eles for reduzida à metade, é correto afirmar que:

    (A) A força elétrica entre eles fica inalterada.

    (B) O módulo da forca elétrica muda.

    (C) O módulo da força elétrica cai à metade.

    (D) O módulo da força elétrica permanece inalterado.

Pesquisa Google:

1) O que é um eletroscópio e como é seu funcionamento?

2) Para que serve o para-raios e como é seu funcionamento?

 

 Aprofunde-se: 

Charles Augustin de Coulomb (1736-1806) foi um físico francês responsável pela determinação da lei que descreve a força de interação entre cargas elétricas. Para tanto, Charles Coulomb fez uso de uma balança de torção, similar à balança que fora usada por Henry Cavendish para a determinação da constante da gravitação universal.

O aparato experimental utilizado por Coulomb consistia de uma haste metálica capaz de girar, que, quando carregada, era repelida por uma pequena esfera metálica carregada com cargas elétricas de mesmo sinal. A figura abaixo mostra um esquema de como era a balança de torção utilizada pelo físico: