ELETROSTÁTICA: CARGAS E TIPOS DE ELETRIZAÇÃO

Aula de Física: Eletrostática

Introdução

Hoje vamos estudar a eletrostática, um ramo da física que estuda as cargas elétricas em repouso. Abordaremos conceitos fundamentais como átomos, cargas elétricas, condutores e isolantes, indução eletrostática, atração e repulsão das cargas, tipos de eletrização e a Lei de Coulomb. Também entenderemos a diferença entre raio, relâmpago e trovão.

1. Átomo e Carga Elétrica

O que é um Átomo?

Um átomo é a menor unidade da matéria que ainda mantém as propriedades de um elemento químico. Ele é composto por:

- Prótons: partículas carregadas positivamente, localizadas no núcleo.

- Nêutrons: partículas sem carga (neutras), também no núcleo.

- Elétrons: partículas carregadas negativamente, que orbitam ao redor do núcleo.

Carga Elétrica

- Carga Elétrica: Propriedade das partículas subatômicas (prótons e elétrons).

- Unidade de Medida: Coulomb (C).

- Prótons têm carga positiva (+e) e elétrons têm carga negativa (-e).

2. Condutores e Isolantes

Condutores

- Definição: Materiais que permitem o livre movimento de elétrons.

- Exemplos: Metais como cobre, alumínio, ouro.

- Contexto: Fios elétricos são feitos de metais devido à sua alta condutividade.

Isolantes

- Definição: Materiais que dificultam o movimento de elétrons.

- Exemplos: Borracha, vidro, plástico.

- Contexto: Isolantes são usados em cabos elétricos para evitar choques.

3. Indutor e Induzido

 Indução Eletrostática

- Indutor: Corpo que possui carga elétrica e que influencia a distribuição de cargas em um outro corpo próximo.

- Induzido: Corpo que tem a distribuição de suas cargas alterada pela presença de um indutor.

- Contexto: Quando aproximamos um pente carregado de pequenos pedaços de papel, estes são atraídos pelo pente devido à indução.

4. Atração e Repulsão das Cargas Elétricas

Princípio

- Cargas de sinais opostos se atraem.

- Cargas de sinais iguais se repelem.

Contexto

- Balões: Ao esfregar um balão em uma camisa e aproximá-lo de um outro balão, você observa que os balões se repelem (ambos ficaram carregados negativamente).

- Cabelo e Pente: Ao pentear o cabelo, ele pode se levantar e seguir o pente devido à atração entre cargas opostas.

5. Tipos de Eletrização

Eletrização por Atrito

- Definição: Transferência de elétrons entre dois corpos ao esfregá-los.

- Contexto: Esfregar uma caneta no cabelo e depois atrair pequenos pedaços de papel.

Eletrização por Contato

- Definição: Transferência de elétrons entre dois corpos através do contato direto.

- Contexto: Tocar um objeto metálico depois de andar em um tapete, causando um choque devido ao desequilíbrio de cargas.

Eletrização por Indução

- Definição: Redistribuição de cargas em um corpo devido à presença de um corpo carregado próximo, sem contato direto.

- Contexto: Aproximar uma esfera metálica carregada de uma outra neutra, e depois separar a esfera neutra em duas, observando a formação de cargas opostas.

6. Raio, Relâmpago e Trovão

 Raio

- Definição: Descarga elétrica entre nuvens ou entre uma nuvem e o solo - INVISÍVEL!

- Contexto: Durante tempestades, a diferença de potencial entre nuvens e o solo pode ser tão alta que provoca uma descarga visível.

Relâmpago

- Definição: Luz gerada pela descarga elétrica de um raio.

- Contexto: O flash de luz que vemos no céu durante uma tempestade, logo após o raio (que é invisível).

Trovão

- Definição: Som resultante da rápida expansão do ar devido ao calor intenso gerado por um raio.

- Contexto: O som estrondoso que ouvimos após ver um relâmpago.

7. Lei de Coulomb

Enunciado

A força de atração ou repulsão entre duas cargas puntiformes é diretamente proporcional ao produto das suas cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre elas.

Fórmula

F = (K₀.q₁.q₂)/d²

- F: Força elétrica entre as cargas (Newton, N).

- k: Constante eletrostática = 9.10⁹ N.m²/C²

- q₁ e q₂: Valores das cargas (Coulombs, C).

- d: Distância entre as cargas (metros, m).

Conclusão

A eletrostática nos ajuda a entender muitos fenômenos do dia a dia, desde a eletricidade estática ao funcionamento dos relâmpagos. Compreender a natureza das cargas elétricas e suas interações é fundamental para a aplicação prática em tecnologias e na prevenção de acidentes, como os causados por raios.

 Referências

- Tipler, P. A., & Mosca, G. (2008). "Física para Cientistas e Engenheiros". Volume 2. LTC.

- Serway, R. A., & Jewett, J. W. (2012). "Princípios de Física". Volume 3. Cengage Learning.

- Halliday, D., Resnick, R., & Walker, J. (2011). "Fundamentals of Physics". 10th Edition. Wiley.