ELETRICIDADE - O COMEÇO

CARGA ELÉTRICA

Atualmente, seguimos um modelo atômico que descreve o átomo como tendo um núcleo central, ao redor do qual os elétrons orbitam. No entanto, as órbitas dos elétrons não são precisamente definidas; em vez disso, são representadas como regiões de maior probabilidade onde um elétron pode ser encontrado. Essa área é conhecida como eletrosfera.

Modelo Atômico

Os elétrons na eletrosfera têm uma massa de 9,109 x 10^-31 kg e uma carga elétrica de -1,602 x 10^-19 C. São partículas fundamentais com carga elétrica negativa. O núcleo do átomo é composto por prótons e nêutrons, ambos com massas praticamente iguais: a massa do próton é 1,673 x 10^-27 kg, e a do nêutron é 1,675 x 10^-27 kg. Enquanto o próton tem uma carga elétrica de +1,602 x 10^-19 C, o nêutron é eletricamente neutro.

Atualmente, entendemos que prótons e nêutrons consistem em combinações de dois tipos de quarks - quark up e quark down. A organização específica desses quarks diferencia as propriedades das duas partículas. O valor absoluto da carga do elétron e do próton é conhecido como carga elementar e é igual a e = 1,602 x 10-19 C.

A eletrosfera é a região onde os elétrons orbitam, enquanto o núcleo é a região onde prótons e nêutrons estão localizados.

Todo objeto neutro na natureza possui um equilíbrio entre o número de prótons e elétrons em sua composição. Para que um objeto se torne eletrizado, é necessário um excesso de prótons ou elétrons. Portanto, um objeto eletrizado positivamente tem um excesso de prótons, enquanto um objeto eletrizado negativamente tem um excesso de elétrons.

A quantidade de carga armazenada em um objeto é sempre um múltiplo da carga elementar, conforme expresso pela Equação seguir:

Onde q representa a quantidade de carga, n é o número de prótons ou elétrons em excesso, e e é o valor da carga elementar.

A unidade de medida para carga elétrica é o Coulomb, em homenagem a Charles Augustin de Coulomb, um físico francês do século XVIII que formulou a lei que descreve a relação entre a força elétrica e a distância entre cargas elétricas estáticas.

Um princípio fundamental na Eletrostática é o princípio da atração e repulsão: corpos eletricamente carregados podem se atrair (se tiverem cargas opostas) ou se repelir (se tiverem cargas iguais).

PROCESSOS DE ELETRIZAÇÃO

Desde os tempos antigos, há relatos de observações sobre o fenômeno atrativo do âmbar e da palha após o atrito do âmbar nos pelos de animais. Esse evento ocorre devido à eletrização do âmbar durante a fricção, sendo que os gregos chamavam o âmbar de "elektron", originando o termo "elétrico".

A eletrização, no entanto, não se limita à fricção. Existem três métodos de eletrização: por atrito, por contato e por indução. Para entender esses processos, é crucial compreender o Princípio da Conservação das Cargas Elétricas, que afirma que a soma algébrica das cargas elétricas em um sistema isolado permanece constante, mesmo que elétrons sejam transferidos entre corpos.

Eletrização por atrito

Ao atritar corpos de materiais diferentes, estes podem ganhar ou perder elétrons, dependendo de sua composição. As substâncias podem ser organizadas em uma sequência chamada série triboelétrica, que indica a tendência e o sinal da carga adquirida durante a fricção. No processo, dois corpos inicialmente neutros, como um bastão de vidro e um pedaço de lã, por exemplo, ficam eletrizados com cargas de mesmo módulo, mas com sinais opostos.

Os materiais também podem ser classificados como condutores ou isolantes. Os condutores, como metais, têm elétrons livres que facilitam a movimentação e distribuição de cargas. Já os isolantes conservam cargas em regiões específicas.

Eletrização por contato

A repulsão entre cargas elétricas faz com que materiais condutores eletrizados tenham suas cargas distribuídas na superfície externa. Ao colocar dois corpos, um eletrizado negativamente e outro neutro, em contato, os elétrons são repelidos para o corpo neutro, que, ao ser separado, fica eletrizado negativamente. O mesmo ocorre se o corpo eletrizado for positivo.

Na eletrização por contato, os dois corpos sempre acabam com cargas de mesmo sinal.

A Terra é considerada um corpo neutro que pode receber ou doar elétrons. Corpos condutores idênticos tendem a compartilhar igualmente a carga total entre eles.

Eletrização por indução

Na eletrização por indução, não há contato direto entre o corpo eletrizado e o corpo a ser eletrizado. A aproximação de um corpo eletrizado polariza o corpo neutro devido à atração gerada pelas cargas opostas. Ao conectar esse corpo polarizado à Terra, ele recebe elétrons e, ao ser desconectado, fica eletrizado negativamente, oposto ao corpo indutor.

Se o corpo indutor for negativo, os elétrons do corpo polarizado migram para a Terra, deixando o corpo eletrizado positivamente.

Gerador Eletrostático de Van de Graaff

O estudo desses processos permite o acúmulo de cargas no Gerador de Van de Graaff, que consiste em uma calota esférica metálica, isolada por suportes isolantes e atritada por uma correia de borracha. Um motor aciona a correia para fricção, armazenando grandes quantidades de carga na calota metálica. Esse gerador é utilizado em aceleradores de partículas, entre outras aplicações.

Chegamos ao final deste arquivo, explorando temas cruciais como carga elétrica, processos de eletrização e a força elétrica. No entanto, nosso percurso pelo conhecimento está longe de encerrar-se aqui. Muitas outras descobertas e tópicos interessantes aguardam à medida que continuamos nossa jornada explorando o vasto mundo da ciência e da física. Fique atento, pois mais informações e insights estão por vir em nossas futuras explorações. Até a próxima descoberta!