Processos de Eletrização


Os processos de eletrização são métodos onde um corpo deixa de ser eletricamente neutro e passa a estar carregado positivamente ou negativamente.

Os corpos são formados por átomos e estes são constituídos por elétrons, prótons e nêutrons, que são as principais partículas elementares.

No interior do átomo, chamado de núcleo, ficam os nêutrons e prótons. Os elétrons ficam girando ao redor do núcleo.

Essas partículas apresentam uma propriedade física chamada carga elétrica. Esta propriedade está relacionada ao fato de ocorrer uma força de atração ou de repulsão entre elas.

Os elétrons e os prótons são atraídos entre si. Os nêutrons não são nem repelidos nem atraídos por prótons ou elétrons.

Entretanto, se aproximarmos dois prótons ocorrerá uma força de repulsão e que o mesmo ocorrerá quando aproximamos dois elétrons.

Como os elétrons e os prótons se atraem, dizemos que possuem efeitos elétricos contrários. Desta forma, definiu-se que a carga elétrica dos prótons é positiva e a dos elétrons é negativa.

Os nêutrons por não apresentarem efeitos elétricos, não possuem cargas.

Dizemos que um corpo é neutro quando o número de prótons (carga positiva) é igual ao número de elétrons (carga negativa). Quando um corpo recebe ou perde elétrons ele se torna eletrizado.

Quando aproximamos dois corpos eletrizados com cargas de sinais contrários, observamos que ocorre uma força de atração. Já quando os corpos possuem cargas de sinais iguais, eles se repelem.

Note que a eletrização ocorre pela mudança no número de elétrons e não de prótons. Como estes estão localizados no núcleo dos átomos, por processos de eletrização, não é possível mudar este número.

Tipos de Eletrização

Existem três tipos de eletrização: por atrito, por contato e por indução.

Eletrização por Atrito

Os elétrons estão localizados na eletrosfera, que é a parte externa do núcleo e são mantidos girando ao seu redor por forças eletrostáticas. Contudo, esta força vai diminuindo com a distância.

Desta forma, os elétrons mais exteriores da eletrosfera são mais facilmente retirados de sua órbita. Quando esfregamos dois corpos, alguns desses elétrons migram de um corpo para o outro.

O corpo que recebeu esses elétrons ficará carregado negativamente, por sua vez, o que perdeu elétrons ficará carregado positivamente. Portanto, fica carregado positivamente quem perdeu elétrons e não quem ganhou prótons.

Receber ou perder elétrons depende da substância de que é constituído o corpo. Esse fenômeno é chamado de triboelétrico e através de experimentos em laboratório são elaborada séries triboelétricas.

Nesta tabela, os elementos são ordenados de tal modo que adquirem cargas positivas, quando atritadas por um que o segue, e com cargas negativas, quando atritadas por um que o precede na tabela.

Tabela Triboelétrica

Eletrização por Contato

Este tipo de eletrização ocorre quando um corpo condutor está carregado e entra em contato com um outro corpo. Parte da carga irá ser transferida para o outro corpo.

Neste processo, os corpos envolvidos ficam carregados com cargas de mesmo sinal e a carga do corpo que estava inicialmente eletrizado diminui.

Quando os corpos envolvidos na eletrização são condutores de mesmas dimensões e mesma forma, após o contato, terão cargas de mesmo valor.

Na figura abaixo, vemos que a menina ao encostar em uma esfera condutora eletrizada, também ficou carregada com cargas de mesmo sinal da esfera.

Prova disto, é observar que seu cabelo está "arrepiado". Como neste tipo de eletrização as cargas possuem mesmo sinal, os fios passam a se repelirem.

Gerador de Van der Graaf
A menina também ficou eletrizada ao encostar na esfera condutora eletrizada

Exemplo

Uma esfera metálica carregada com carga positiva de módulo igual a 6Q é colocada em contato com uma outra esfera neutra, idêntica a primeira. Após o contato, as esferas são novamente separadas. Qual a carga final de cada uma das esferas?

Solução

Ao serem colocadas em contato, parte da carga da primeira esfera será transferida para a segunda esfera, como as esferas são idênticas, cada uma ficará com metade das cargas, ou seja:

numerador 6 Q mais 0 sobre denominador 2 fim da fração igual a 3 Q

Assim, cada esfera ficará carregada com carga positiva e igual a 3Q.

Eletrização por Indução

A eletrização por indução pode ocorrer sem contato entre os corpos. Quando um corpo eletrizado (indutor) é aproximado de um condutor (induzido), inicialmente neutro, induz neste uma distribuição de cargas.

O condutor permanecerá neutro, entretanto, a região do condutor mais próxima do indutor ficará com excesso de cargas de sinal contrário do corpo eletrizado.

No esquema abaixo, mostramos uma forma de eletrizar duas esferas condutoras, inicialmente neutras, usando a indução.

Ao aproximar um bastão eletrizado positivamente, os elétrons do conjunto, serão atraídos para a extremidade mais próxima ao bastão.

Mantendo ainda o bastão na mesma posição, separamos as esferas. Assim, a esfera mais próxima do bastão ficará com excesso de cargas negativas, enquanto a outra esfera ficará com falta de elétrons, ou seja, carregada positivamente.

Indução eletrostática

Poderíamos ainda, fazer o mesmo processo para eletrizar uma única esfera. Neste caso, seria necessário fazer uma conexão com a Terra (aterramento), para que o condutor ficasse carregado com carga oposta do bastão.

Condutores e isolantes

Quanto à mobilidade das cargas elétricas, os materiais podem ser condutores ou isolantes.

Os materiais que ao serem eletrizados as cargas se espalham imediatamente por toda a sua extensão, são chamados de condutores elétricos, sendo um exemplo os metais.

Outros materiais, ao contrário, conservam o excesso de carga nas regiões onde elas surgiram, neste caso, são chamados de isolantes ou dielétricos.

A madeira e o plástico são exemplos de materiais isolantes. O ar seco também é um bom isolante elétrico, entretanto, aumenta a sua condutividade elétrica quando está úmido.

Tanto na eletrização por contato quanto na eletrização por indução é necessário que os corpos envolvidos sejam condutores.

Como em ambos os tipos de eletrização há necessidade que as cargas tenham mobilidade, nos corpos isolantes, isto não é possível. Portanto, a eletrização dos materiais isolantes só ocorre por atrito.

Para saber mais, veja também:

Exercícios Resolvidos

1) PUC/RJ - 2015

Dois bastões metálicos idênticos estão carregados com a carga de 9,0 μC. Eles são colocados em contato com um terceiro bastão, também idêntico aos outros dois, mas cuja carga líquida é zero. Após o contato entre eles ser estabelecido, afastam-se os três bastões. Qual é a carga líquida resultante, em μC, no terceiro bastão?

a) 3,0
b) 4,5
c) 6,0
d) 9,0
e) 18

Como os bastões são idênticos, para encontrar a carga que cada um após o contato, vamos somar todos as cargas e dividir por 3. Assim, temos:

numerador 9 mais 9 mais 0 sobre denominador 3 fim da fração igual a 18 sobre 3 igual a 6 mu C

Alternativa c: 6,0

2) UFRGS - 2015

Em uma aula de Física, foram utilizadas duas esferas metálicas idênticas, X e Y: X está suspensa por um fio isolante na forma de um pêndulo e Y fixa sobre um suporte isolante, conforme representado na figura abaixo. As esferas encontram-se inicialmente afastadas, estando X positivamente carregada e Y eletricamente neutra.

Questão UFRGS 2015

Considere a descrição, abaixo, de dois procedimentos simples para demonstrar possíveis processos de eletrização e, em seguida, assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas dos enunciados, na ordem em que aparecem.

I - A esfera Y é aproximada de X, sem que elas se toquem. Nesse caso, verifica-se experimentalmente que a esfera X é ........ pela esfera Y.
II - A esfera Y é aproximada de X, sem que elas se toquem. Enquanto mantida nessa posição, faz-se uma ligação da esfera Y com a terra, usando um fio condutor. Ainda nessa posição próxima de X, interrompe-se o contato de Y com a terra e, então, afasta-se novamente Y de X. Nesse caso, a esfera Y fica ........ .

a) atraída – eletricamente neutra
b) atraída – positivamente carregada
c) atraída – negativamente carregada
d) repelida – positivamente carregada
e) repelida – negativamente carregada

Na situação I , como as esferas não se tocam, então as cargas negativas da esfera Y ficam distribuídas mais próximas da esfera X, ocorrendo então atração.

Na situação II, ao ligar a esfera Y com um fio condutor, elétrons da Terra são atraídos pela esfera X, tornando a esfera Y carregada negativamente.

Alternativa c: atraída – negativamente carregada