J.J. Thomson (1856 - 1940)

Qualquer tipo de matéria é formada por átomos. Estes são tão minúsculos que nenhum microscópio comum permite vê-los. Uma fileira de dez milhões de átomos não chega a medir um milímetro. Contudo, os átomos não são as menores partículas da matéria: eles próprios se compõem de partículas ainda menores, chamadas partículas subatômicas. No centro de todo átomo existe um conjunto formado por dois tipos de partículas: os prótons e os nêutrons. Esse conjunto de partículas é o núcleo do átomo. À volta deste núcleo, como se fossem satélites, giram os elétrons, partículas em movimento permanente. As trajetórias desses elétrons se organizam em camadas sucessivas chamadas órbitas eletrônicas.

Os prótons do núcleo e os elétrons das órbitas se atraem entre si. A esta força de atração recíproca chamamos de força elétrica. É a força elétrica que mantém os elétrons girando à volta dos prótons do núcleo. Sem ela, os elétrons se perderiam no espaço e os átomos não existiriam.

Os elétrons, entretanto, repelem outros elétrons e os prótons repelem outros prótons. Dizemos, por isto, que as partículas com carga igual se repelem e as partículas com carga oposta se atraem. Convencionou-se chamar a carga dos prótons de positiva (+) e as carga dos elétrons de negativa (-).

Normalmente, cada átomo é eletricamente neutro, em outras palavras, tem quantidades iguais de carga negativa e positiva, ou seja, há tantos prótons em seu núcleo, quantos elétrons ao redor, no exterior. Os prótons estão fortemente ligados ao núcleo dos átomos. Somente os elétrons podem ser transferidos de um corpo para outro.

Podemos dizer que um corpo está eletrizado qua

ndo possui excesso ou falta de elétrons. Se há excesso de elétrons, o corpo está eletrizado negativamente; se há falta de elétrons, o corpo está eletrizado positivamente.

A quantidade de elétrons em falta ou em excesso caracteriza a carga elétrica Q do corpo, podendo ser positiva no primeiro caso e negativa no segundo.

CARGA ELÉTRICA

A carga elétrica é uma das propriedades fundam

entais da matéria associada a algumas partículas elementares (partículas que constituem os átomos como: prótons, elétrons, pósitrons, nêutrons, neutrinos, etc.). Cada partícula elementar recebe um valor numérico que representa sua quantidade de carga elétrica. A carga elétrica é medida indiretamente pelos cientistas. Algumas partículas não possuem carga e são chamadas de neutras. O nêutron é um exemplo desse tipo de partícula. O elétron e o próton receberam um valor de carga elétrica denominado carga elementar, representado pela letra e. Na época de suas descobertas não se pensava em algo mais

primitivo que essas partículas, por isso o nome elementar. Hoje se conhece partículas com cargas menores do que a carga elementar e, por convenção, esse termo se mantém em uso.

Experimentalmente, com a observação de efeitos de atração e repulsão em corpos eletrizados, deduziu-se que eles também ocorrem nessas partículas. Caracterizou-se assim a existência de dois tipos de carga elétrica: a carga do próton e a carga do elétron. A diferença entre elas se fez através dos sinais "+" e "-", respectivamente.

Esses experimentos mostraram que cargas de mesmo tipo se repelem e de tipos contrários se atraem.

CARGA ELÉTRICA

A existência de atração e repulsão foi descrita pela primeira vez em termos de cargas elétricas por Charles François de Cisternay du Fay em 1773. Investigando-se a eletrização por atrito concluiu-se que existem dois tipos de carga: carga positiva e carga negativa, como mostra a figura abaixo.

Tipos de cargas

Conservação da carga

Normalmente um corpo é neutro por ter quantidades iguais de cargas positivas e negativas. Quando o objeto I transfere carga de um dado sinal para o objeto II, o objeto I fica carregado com carga de mesmo valor absoluto, mas de sinal contrário. Esta hipótese, formulada pela primeira vez por Benjamin Franklin, é considerada a primeira formulação da lei de conservação de carga elétrica.

Quantização da carga

Em diversos problemas que serão abordados neste curso, assumiremos a existência de cargas distribuídas continuamente no espaço, do mesmo modo como ocorre com a massa de um corpo. Isto pode ser considerado somente uma boa aproximação para diversos problemas macroscópicos. De fato, sabemos que todos os objetos diretamente observados na natureza possuem cargas que são múltiplos inteiros da carga do elétron

onde a unidade de carga , o coulomb, será definida mais adiante. Este fato experimental foi observado pela primeira vez por Millikan em 1909.

Fonte: satie.if.usp.br

CARGA ELÉTRICA

A matéria é formada de pequenas partículas, os átomos. Cada átomo, por sua vez, é constituído de partículas ainda menores, no núcleo: os prótons (positivos) e os nêutrons (sem carga); na eletrosfera: os elétrons (negativos).

Às partículas eletrizadas, elétrons e prótons, chamamos "carga elétrica".

Condutores de eletricidade

São os meios materiais nos quais há facilidade de movimento de cargas elétricas, devido a presença de "elétrons livres". Ex: fio de cobre, alumínio, etc.

Isolantes de eletricidade

São os meios materiais nos quais não há facilidade

de movimento de cargas elétricas. Ex: vidro, borracha, madeira seca, etc.

Princípios da eletrostática

Cargas elétricas de mesmo sinal se repelem e de sinais contrários se atraem.

negativo -------- neutro -------- positivo

Num sistema eletricamente isolado, a soma das car

gas elétricas é constante.

Corpo negativo: O corpo ganhou elétrons
Corpo neutro: Número de prótons = Número de elétrons
Corpo positivo: O corpo perdeu elétrons

Medida da carga elétrica

Dq = - n.e (se houver excesso de elétrons)
Dq = + n.e (se houver falta de elétrons)
e = 1,6.10-19 C

Dq = quantidade de carga (C)

n = número de cargas
e = carga elementar (C)
unidade de carga elétrica no SI é o coulomb (C)

É usual o emprego dos submúltiplos:

1 microcoulomb = 1mC = 10-6C

1 milecoulomb = 1mC = 10-3C

Âmbar

Ele é semelhante ao plástico, resulta do endurecimento da seiva de árvores de uma espécie extinta há milhões de anos. Portanto trata-se de um material fóssel, que às veses tém insetos, aprisionados pela seiva pegajosa. Esse material, cuja cor varia do amarelo ao castanho, era usado na fabricação de varios objetos. O âmbar após ser

atritado com lã ou pele de animal, adquire a propriedade de atrair objetos "leves", como, por exemplo, penas, fios de algodão, fios de cabelo e pedaços de palha.

Magnetita

É uma pedra cujo tem propriedade de atrair objetos de ferro. E sabemos ser um óxido de ferro (Fe3O4). Chamados na época de seu descobrim

ento de magnetos, algum tempo mais tarde elas recebem o nome de imãns

Corpo Eletrizado

Quando o número de cargas elétricas positivas é di

ferente do número de cargas elétricas negativas, dizemos que o material está eletrizado.

Considere o seguinte:

Q+ ==> cargas elétricas positivas

Q- ==> cargas elétricas negativas

Se Q+ > Q- ==> corpo eletrizado positivamente

Se Q+ < Q- ==> corpo eletrizado negativament

e

Se Q+ = Q- ==> corpo eletricamente neutro (não está eletrizado)

Eletrização por atrito, contato

e indução

Os processos de eletrização ocorrem na natureza constantemente e, muitas vezes, tais fenômenos passam despercebidos por nós. O fenômeno da eletrização consiste na transferência de cargas elétricas entre os corpos, e essa transferência pode ocorrer por três processos conhecidos: por atrito, por contato e por indução.

Eletrização por atrito

Para entender como ocorre a eletrização por atrito, faça a seguinte experiência. Pegue uma caneta esferográfica e corte alguns pedaços de papel bem pequeno. Agora atrite a parte de trás da caneta em seu cabelo e depois aproxime a parte atritada aos pedaços de papel.

Você irá observar os pequenos pedaços de papel sendo atraídos pela caneta. Isso ocorre porque quando você atritou a caneta no seu cabelo, ouve uma transferência de elétrons entre os dois corpos, o que deixou a caneta carregada eletricam ente. Ao aproximar essa caneta dos pedaços de papel, que são neutros, eles serão atraídos.

É importante assinalar que após o atrito, os corpos atritados ficam com cargas de sinais opostos. Isso é determinado por uma tabela chamada de série triboelétrica. Na figura que segue temos uma versão resumida dessa série.

É muito simples entender o funcionamento da série triboelétrica. Se atritarmos, por exemplo, lã com celulóide, a lã ficará carregada positivamente, enquanto que o celulóide ficará carregado negativamente. Isso quer dizer, que durante o atrito, a lã perdeu elétrons e o celulóide, por sua vez, ganhou elétrons.

A eletrização por contato

A eletrização por contato, diferentemente da eletrização por atrito, necessita de pelo menos um dos corpos carregado eletricamente. Para entender o funcionamento do processo da eletrização por contato, considere um condutor carregado positivamente e outro condutor neutro.

Aproxima-se o condutor positivo do condutor neutro até que ocorra o contato entre eles. Quando isso acontece, haverá uma transferência de elétrons do corpo neutro para o corpo carregado positivamente. Essa transferência irá ocorrer de maneira bem rápida até que ambos os condutores fiquem com o mesmo potencial elétrico.

Separando-se os dois condutores, eles estarão com cargas de mesmo sinal.



É importante salientar também que está valendo o princípio da conservação das cargas elétricas, que diz que a quantidade de cargas elétricas antes do contato é igual à quantidade de cargas elétricas depois do contato. Se os dois corpos forem absolutamente idênticos, no final da experiência eles ficarão com a mesma quantidade de carga elétrica, que será determinada pela média aritmética da quantidade de cargas antes do contato.

Eletrização por indução

Na eletrização por atrito e por contato, há obrigatoriamente a necessidade do contato físico entre os corpos. Na eletrização por indução isso já não é necessário e é por isso que esse processo recebe esse nome.

Considere três condutores, um carregado eletricamente e ou outros dois neutros e encostados um no outro.



Aproxima-se o condutor carregado dos condutores neutros. O condutor carregado será o indutor e os condutores neutros, os induzidos.

Durante essa aproximação, observa-se uma separação de cargas nos condutores neutros. Como o indutor é positivo, o induzido mais próximo do indutor ficará negativo e o induzido mais afastado ficará positivo.


Agora com o indutor ainda próximo, separam-se os dois condutores que estão juntos.


E por fim retira-se o indutor das proximidades dos outros dois corpos. Teremos como resultado os dois condutores que inicialmente eram neutros, agora carregados com cargas de sinais a opostos. Note que em momento algum houve o contato entre o condutor carregado e os condutores inicialmente neutros.


Um exemplo de uma conseqüência da eletrização por indução são os raios. Quando temos uma nuvem carregada eletricamente durante uma tempestade, ela irá induzir na superfície cargas de sinais opostos criando assim um campo elétrico entre a nuvem e a superfície. Se esse campo elétrico for muito intenso teremos uma descarga elétrica violenta que nós conhecemos como raio.