Electrostática

Electroestática

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Electroestática

Antes de definirmos a Electroestática, vamos tentar perceber o objectivo central do estudo da electroestática, pois bem, o substantivo ELECTROESTÁTICA já denuncia que provém da juncão de dois substantivos, que são ELECTRO de electricidade e ESTÁTICA que significa repouso.

Mas observe uma coisa, para que haja electricidade é preciso que haja cargas eléctrica obviamente.

Generalizando:

Electroestática é um dos ramos da Electricidade que se dedica ao estudo das cargas eléctricas em repouso.

Se as cargas eléctricas estão em repouso, então implica dizer que na electroestática não existe corrente eléctrica (I = 0 A), pois a corrente é a variação da carga eléctrica na unidade de tempo.

Leia sobre: Corrente eléctrica

Carga eléctrica (Q)

Antes porém vamos contextualizar esse conceito chamado carga eléctrica, provavelmente já passou por uma experiência similar, em apanhar um choque eléctrico em uma superfície metálica, por exemplo ao pegar a maçaneta de uma porta, ou mesmo quando pegamos na porta do carro e até a situações que sente um choque eléctrico (esticão) no seu corpo. Pois bem, vou- lhe explicar detalhadamente como isso acontece.

Quando estamos no está no carro, a roupa é o tempo todo esfregada ou atritada com o tecido do banco do carro. Isso faz com que electrões sejam transferidos de um corpo para outro; assim, o corpo fica com desequilíbrio na estrutura atómica (o número de protões diferentes de neutrões), ou seja, a pessoa ficou electrizado. Então, ao encostar-se na lataria do carro, cria-se um caminho para que os electrões se movam a fim de se reorganizarem, ou seja, ficarem em igual quantidade com os protões. Portanto, esse movimento de electrões entre o corpo e a lataria do carro é o que provoca aquela sensação desconfortante que chamamos de choque elétrico.

Leia sobre: Processos de electrização de um corpo neutro

Em princípio, a muito tempo atrás lá para os anos 600 a.C. foram observados primeiros fenómenos elétricos, na Grécia Antiga. Foi então observado que uma pedra de âmbar adquiria a capacidade de atrair pequenos objectos, como fios de cabelo, quando ela era esfregada (em atrito) com lã.

O acto de esfregar (atritar) faz com que partículas sejam transferidas de um corpo para o outro, portanto, nessa transferência de partículas a um corpo que perde, e outro que ganha. Assim sendo, essa diferença de um perder e outro ganhar faz com que a pedra de âmbar adquira a capacidade de atrair objectos. Em síntese, Essa “partícula” é chamada, na ciência, genericamente, de carga eléctrica.

A carga elétrica está presente em todos os objetos, sendo uma propriedade intrínseca das partículas que constituem a matéria.

NB: O âmbar é uma resina fóssil que tem semelhanças com um plástico e que, quando atritada com lã, fica electrizada.

É sabido que a matéria é formada por átomos e que os átomos são formados por partículas denominadas electrões, protões e neutrões.

Leia sobre: Electroscópio de Folha

Contudo podemos dizer que a carga eléctrica é formada por partículas de electrões e protões.

Protão (p+) – partícula eléctrica de carga positiva.

Eletrão (e–) – partícula eléctrica de carga negativa.

Neutrão (n) – partícula eléctrica com carga nula.

  • Um corpo diz se carregado positivamente, quando o número de protões for maior que de electrões (p+> n). Ou seja, existe um défice de electrões.

Figura 1: Corpo carregado positivamente.

  • Um corpo carregado negativamente é quando o número de electrões é relativamente maior que de protões (n> p+). Ou seja, existe excesso de electrões.

*Figura 2: Corpo carregado negativamente.

  • Já um corpo no estado neutro é quando está em equilíbrio, ou seja, o número de protões é igual ao número de electrões (p+ = n).

Figura 3: Corpo no estado neutro.

Modelo atómico

O modelo actualmente usado é o modelo de Bohr, constituído por Electrosfera (região onde se situa os electrões em órbitra), e Núcleo (regiões onde fica os protões e os neutrões).

O núcleo atómico é uma região do átomo onde as forças atómicas são muito maiores, impossibilitando assim o movimento de protões e neutrões, e os electrões por estrarem distantes do núcleo podem transitar de uma órbitra para outra, pois a força nessa região é muito menor.

Dessa forma, pode-se dizer que no átomo apenas electrões (partículas de cargas negativas), que estão em movimento.

Figura 4: Modelo atómico de Bohr.

Leia sobre: Corpo e Matéria

Unidade da Carga Eléctrica

No SI (Sistema Internacional), a carga eléctrica a sua unidade de medida é o Coulomb (C), em homenagem ao físico francês Charles Augustin Coulomb.

Medidas (Instrumentos) de carga eléctrica

  • Eletroscópios;
  • Electróforo;
  • Electrómetro digital;
  • Balança de Coulomb.

Outras unidades

TeracoulombTC1 x 1012 C
GigacoulombGC1 x 109 C
MegacoulombMC1 x 106 C
quiloCoulombkC1 x 103 C
CoulombC1 C
milicoulombmC1 x 10-3
microcoulombμC1 x 10-6 C
nanocoulombηC1 x 10-9 C
picocoulombpC1 x 10-12 C

Leia sobre: Sistemas de unidades

Equação para cálculo da carga eléctrica

Q = n x e–

Onde:

Q – é a carga em Coulomb (C);

n – quantidade de electrões;

e– – valor da carga elementar 1,602 x 10-19 C.

Princípio de Conservação da Carga Eléctrica

Em um sistema isolado a quantidade de carga eléctrica permanece constante, isto é, não se destrói, não pode ser criada, apenas se transforma.

Qantes = Qdepois

PartículaMassa (g)Massa relativaCarga eléctrica (C)Carga líquida
Protão (p+)1,7.10-241+1,6.10-19+1
Electrão (e–)9,1.10-281/1840-1,6.10-19-1
Neutrão (n)1,7.10-24100

Condutores e isolantes

Stephen Gray dividiu os materiais em dois tipos: os condutores e os isolantes. Os condutores eram aqueles que permitiam a passagem da electricidade, e os isolantes eram aqueles nos quais impediam a passagem da eletricidade.

Os metais são exemplos de condutores de electricidade. Assim como os metais, o corpo humano e a água também são condutores de electricidade. Papéis, madeira e plástico são exemplos de isolantes. O ar é um bom isolante quando está seco, mas tem a sua condutividade aumenta quando está húmido.

Condutores são materiais nos quais as cargas eléctricas (electricidade) se movem com facilidade.

Isolantes, são materiais nos quais as cargas não se movem, como a borracha, os plásticos, o vidro e a água destilada.

Semicondutores são materiais que possuem propriedades eléctricas (podendo ser condutor ou isolante), dentre os semicondutores se destacam o silício e o germânio. São amplamente usados para construção de componentes electrónicos, tais como díodos, transístor, tirístor e circuitos integrados.

Supercondutores são condutores perfeitos, materiais nos quais as cargas se movem sem encontrar resistência.

Exemplos:

1. Sobre os núcleos atómicos e seus constituintes, são feitas quatro afirmativas.

I. Os núcleos atómicos são constituídos por protões, neutrões e electrões.

II. O protão é uma partícula idêntica ao electrão, porém de carga positiva.

III. Nos núcleos atómicos está concentrada quase totalidade da massa do átomo.

IV. As forças nucleares são as responsáveis por manter unidas as partículas que compõem os núcleos atómicos.

    Quais afirmativas estão correctas?

    (A) apenas II

    (B) apenas I e III

    (C) apenas III e IV

    (D) apenas I, II e IV

    (E) I, II, III e IV

    Resolução:
    1. Os núcleos são formados simplesmente por protões e neutrões, logo a primeira opção é falsa.
    2. O protão é o simétrico do electrão, logo a opção é verdadeira.
    3. A massa total não se encontra quase na totalidade do núcleo, logo é falsa.
    4. A força nuclear (no núcleo) é muito maior, o que faz com que as partículas no núcleo fiquem unidas, logo é verdade.

    Solução: D

    2. Campos electrizados ocorrem naturalmente no nosso quotidiano. Um exemplo disso é o facto de algumas vezes levarmos pequenos choques eléctricos ao encostarmos em automóveis. Tais choques são devidos ao facto de estar em os automóveis electricamente carregados. Sobre a natureza dos corpos (electrizados ou neutros), considere as afirmativas a seguir:

    I. Se um corpo está electrizado, então o número de cargas eléctricas negativas e positivas não é o mesmo.

    II. Se um corpo tem cargas eléctricas, então está electrizado.

    III. Um corpo neutro é aquele que não tem cargas eléctricas.

    Sobre as afirmativas acima, assinale a alternativa correcta.

    (A) Apenas a afirmativa I é verdadeira.

    (B) Apenas a afirmativa II é verdadeira.

    (C) Apenas a afirmativa III é verdadeira.

    (D) Apenas as afirmativas I e II são verdadeiras.

    (E) Apenas as afirmativas I e III são verdadeiras.

    Resolução:
    1. Todo corpo electrizado é uma indicação que existe um desequilíbrio entre o número de protões e electrões.
    2. Pode possuir cargas eléctricas, mas não estar electrizado, pois pode estar em equilíbrio, isto é, o número de electrões igual ao número de protões.
    3. Todo corpo neutro possui carga eléctrica, mas está no estado de equilíbrio, o número de protões é igual ao número de electrões.

    Solução: A

    3. Retiram- se 2 x 1020 electrões de um corpo inicialmente neutro. Qual a carga adquirida pelo corpo?
    4. Um dispositivo consome 5 ηC de carga, quantos electrões percorrem pelo dispositivo.