Capítulo
1
Carga elétrica
Neste capítulo 1. Carga elétrica:
história, modelo atômico e características 2. Condutores
e isolantes 3. Processos de
eletrização 4. Mais partículas
elementares
O Brasil é uma das regiões do planeta onde mais ocorrem raios. Anualmente incidem cerca de 100 milhões de raios no território brasileiro. Nesta fotografia, a cidade de São Paulo.
Pense e responda 1. Na fotografia acima, percebe-se que as trajetórias dos raios são diferentes. Relacione três diferenças que podem ser observadas entre as trajetórias dos raios. 2. Em sua opinião, os raios estão subindo ou descendo? 3. Formule hipóteses para explicar como ocorrem os raios.
Por que estudar… … cargas elétricas e processos de eletrização: permite compreender as bases principais dos fenômenos elétricos; leva à compreensão de diversos fenômenos naturais, como os raios,
e do funcionamento de aparelhos tecnológicos, como o para-raios, as pilhas e baterias. … materiais isolantes e condutores: possibilita entender a ocorrência de choques elétricos e como evitá-los.
1. Carga elétrica: história, modelo
atômico
e características
Introdução histórica
No século VI a.C., os gregos já faziam certas observações de fenômenos elétricos quando utilizavam âmbar, um material fóssil resultante do endurecimento da seiva de uma espécie de árvore já extinta naquela época. O âmbar era utilizado pelos gregos na fabricação de objetos diversos. Alguns filósofos gregos, como Tales de Mileto (625 a.C.-547 a.C.), estudaram a propriedade que o âmbar tem de, após ser atritado com lã ou pele de animais, atrair objetos leves. O nome grego do âmbar é elektron, vindo daí o termo eletricidade . Outras observações se sucederam. Na região da Magnésia, hoje pertencente à Turquia, foram observadas pedras que atraíam ferro. Essas pedras foram chamadas inicialmente de magnetos, depois, de ímãs. Diferentemente do âmbar, os ímãs não perdem a propriedade de atração ao longo do tempo e não precisam ser atritados para atrair objetos ferromagnéticos (como o ferro, o níquel, o cobalto e várias ligas metálicas, como o aço).
Pedaço de âmbar polido para servir de enfeite em joias e bijuterias.
Magnetita, pedra com atração permanente para o ferro e outros metais denominados ferromagnéticos.
Diversas explicações foram formuladas para justificar a atração da magnetita e a do âmbar depois de atritado. No século XVII, o físico e médico William Gilbert (1544-1603) estudou mais profundamente os fenômenos elétricos, fez novos experimentos e concluiu que, além do âmbar, havia outros corpos os quais, depois de atritados, atraíam objetos leves. Algumas experiências de Gilbert foram reproduzidas pelo físico alemão Otto von Guericke (1602-1686). Foi ele quem descreveu ser possível haver também a repulsão entre ímãs e entre certos corpos atritados. Por essa razão, Von Guericke levantou a hipótese de haver tipos diferentes de corpos elétricos e sugeriu ser possível a transferência de eletricidade entre corpos colocados em contato, ainda que não soubesse exatamente como isso ocorreria. Em 1729, o físico inglês Stephen Gray (1666-1736) utilizou fios para conduzir eletricidade e postulou a ideia de que há corpos que conduzem melhor a eletricidade do que outros. Essas descobertas fizeram com que a eletricidade fosse considerada uma espécie de fluido único, contido nos corpos, que era capaz de escorrer para outros corpos. Mas a ideia de um fluido único não era aceita por todos os estudiosos do assunto. Para o físico francês Charles du Fay (1698-1739) havia diferença entre a eletricidade vítrea, obtida pela fricção do vidro, e a eletricidade resinosa, obtida pela fricção do âmbar. Du Fay dizia que corpos dotados do mesmo tipo de eletricidade se repeliam, enquanto aqueles dotados de eletricidade diferente se atraíam. Ao contrário de Du Fay, o cientista estadunidense Benjamin Franklin (1706-1790) (1706-179 0) afirmava existir somente um tipo de fluido elétrico presente em todos os corpos. Segundo Franklin, corpos com excesso desse fluido deveriam ser chamados de eletrizados positivamente, e corpos com falta desse fluido deveriam ser considerados corpos eletrizados negativamente .
Ligado ao tema Benjamin Franklin e o para-raios
Gravura representando o experimento de Franklin que resultou na invenção do para-raios para-raios..
O cientista estadunidense Benjamin Franklin é o responsável pela invenção dos para-raios, resultado de uma perigosa perigosa experiência realizada por ele. Antes de uma tempestade que se armava com muitos raios, Franklin empinou uma pipa de papel de seda com uma ponta de metal; a extremidade oposta da linha foi colocada dentro de uma garrafa de Leyden, dispositivo que armazena cargas elétricas (será estudado mais adiante). Utilizou apenas uma luva de seda para isolar sua mão, o que caracterizou a atividade como altamente perigosa. Com esse experimento, Franklin demonstrou que apareciam pequenas faíscas elétricas no interior da garrafa de Leyden, o que levou à conclusão de que os raios são faíscas elétricas intensas, conforme o próprio cientista suspeitara. Meses depois, Franklin publicou essa experiência e, com ela, deu recomendações detalhadas de como poderiam ser colocados para-raios para proteger pessoas, matas e plantações. A intenção era que os raios atingissem os para-raios (similares à pipa) em vez de atingirem as plantações e as pessoas, evitando, assim, pre juízos materiais e humanos, já que os raios podem matar e causar incêndios.
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Carga elétrica
Ligado ao tema Rutherford e o núcleo atômico O físico inglês Ernest Rutherford lançou um feixe radioativo sobre uma fina lâmina de ouro, feixe que depois poderia ser detectado ao colidir com uma lâmina de sulfeto de zinco. feixes transmitidos
tela fluorescente
lâmina de ouro feixes refletidos
Modelo inicial de átomo
A concepção da eletricidade como fluido permaneceu por muito tempo, e foi abandonada em definitivo somente com a descoberta do elétron, em 1887, pelo físico inglês John Joseph Thomson (1856-1940). Essa descoberta teve papel fundamental na melhor compreensão dos fenômenos elétricos, e inspirou vários modelos de átomo. Um dos modelos de átomo de maior importância foi o proposto pelo físico inglês Ernest Rutherford (1871-1937), posteriormente aprimorado pelo físico dinamarquês Niels Bohr (1885-1962). A contribuição de Bohr será estudada no capítulo sobre Física moderna. Esse modelo se assemelha ao modelo do Sistema Solar, em que o Sol ocupa o centro do sistema e os planetas giram ao seu redor. Por essa razão, foi chamado modelo planetário de átomo . Segundo esse modelo, cada átomo apresenta possui duas regiões, descritas a seguir. Núcleo: é o centro do átomo, formado pelas partículas prótons e nêutrons. Eletrosfera: região em torno do núcleo, na qual orbitam os elétrons.
fonte de partículas alfa lâmina de sulfeto de zinco raio de partículas alfa cápsula de chumbo
Era sabido que o feixe radioativo era capaz de atravessar películas finas, de modo que o resultado esperado era que o feixe fosse totalmente transmitido através da lâmina de ouro, apresentando apenas pequenos desvios em sua trajetória. Embora boa parte do feixe radioativo tenha sido transmitida da maneira esperada, uma parcela, porém, sofreu grandes desvios, e uma parcela ainda menor foi totalmente refletida de volta. Rutherford concluiu que a única maneira de explicar os grandes desvios era considerar que toda a carga positiva do átomo, e grande parte de sua massa, estavam concentradas em uma pequena região do interior do átomo, que chamou de núcleo núcleo.. Investigações posteriores levaram à conclusão de que o núcleo era formado por partículas menores, de carga positiva, que foram chamados de prótons prótons.. Como o núcleo era bastante maciço, e a massa dos prótons não explicava seu valor, Rutherford pressupôs que deveria haver mais partículas no núcleo, as quais não teriam cargas. A essas partículas, foi dado o nome denêutrons denêutrons..
Esquema com cores-fantasia e sem escala do modelo planetário de átomo proposto por Rutherford-Bohr. Os prótons e os nêutrons ficariam no núcleo, enquanto os elétrons orbitariam o núcleo, em uma região praticamente vazia chamada eletrosfera.
elétron nêutron próton
Características Caracterís ticas da carga elétrica
Tanto os prótons quanto os elétrons tinham poder de atração ou repulsão e, por isso, passou-se a dizer que são partículas portadoras de carga elétrica. Não é possível definir exatamente o que é uma carga elétrica. Sabe-se que se trata de uma propriedade de natureza eletromagnética que certas partículas elementares apresentam. Essa propriedade está associada ao poder de atração ou repulsão dessas partículas. Ou seja, a carga elétrica é responsável pelos fenômenos envolvendo forças de atração e repulsão elétricas. Mas não é possível defini-la. Essas cargas podem ser positivas ou negativas. Elétrons têm carga negativa, e prótons têm carga positiva. Há partículas que não têm carga elétrica. É o caso dos nêutrons , propostos por Rutherford como mais um tipo de partícula presente no núcleo atômico. Ainda de acordo com o modelo de Rutherford-Bohr Rutherford-Bohr,, cada átomo é neutro, ou seja, tem cargas positivas (1) e negativas (2) em igual quantidade. Sabe-se hoje que os elétrons (2) podem se movimentar de um corpo para outro, pois os prótons (1) ficam “presos” no núcleo atômico. Quando um objeto está com mais prótons do que elétrons, ou somente com prótons, diz-se que está eletrizado positivamente , pois perdeu elétrons. Se estiver com mais elétrons do que prótons, ou somente com elétrons, diz-se que está eletrizado negativamen negativamente te . Note-se que essa nova definição é diferente di ferente da proposta de Benjamin Franklin, que dizia estar um corpo eletrizado positivamente se contivesse excesso de f luido elétrico, e eletrizado negativamente se nele faltasse fluido. De acordo com o novo modelo, estar eletrizado positivamente corresponde à falta de elétrons; estar eletrizado negativamente corresponde a ter excesso de elétrons.
A carga elementar Prótons e elétrons têm cargas iguais. Segundo o modelo de Rutherford-Bohr, Rutherford-Bohr, a carga de ambos é a menor quantidade de carga possível. Por essa razão, é chamada de carga elementar (símbolo e). A determinação do valor e da carga elétrica fundamental foi feita pelo físico norte-americano Robert Millikan (1868-1923) em um famoso experimento que leva o seu nome. Nele, Millikan determinou o seguinte valor da carga elétrica fundamental e. e
5 1,6 ? 10219 C
Um próton tem carga 1e, enquanto um elétron tem carga 2e. No SI, a unidade de medida de carga é o coulomb (C), em homenagem ao físico francês Charles Coulomb (1736-1806) (1736-1806).. A quantidade de carga Q de qualquer átomo, corpo ou objeto é, portanto, um múltiplo inteiro da carga elementar. Para determinar essa quantidade de carga Q de um corpo, deve-se utilizar esta expressão: Q 5 n ? e , em que n é o número
Ligado ao tema A experiência de Millikan Para determinar o valor da carga fundamental, Robert Millikan analisou o comportamento de gotículas de água eletrizadas submetidas a duas forças ao mesmo tempo: gravitacional e elétrica.
força elétrica
� peso
de partículas em excesso com carga elétrica elementar.
Princípio da atração e repulsão
Quando próximas, as cargas podem apresentar atração ou repulsão, dependendo do tipo de carga (1 ou 2) que apresentam. O princípio da atração e repulsão pode ser expresso do seguinte modo. Partículas com cargas de sinais iguais se repelem, e partículas com cargas de sinais diferentes se atraem. Pode-se perceber essa interação facilmente, por exemplo, atritando com papel um canudo de plástico e aproximando-o de pequenos pedaços de papel-alumínio. Caso tenham cargas de mesmo sinal, o canudo e os pedaços de papel-alumínio se repelem; caso tenham cargas de sinais diferentes, atraem-se.
Experimento que comprova a existência de atração elétrica entre corpos. Como os corpos se atraem, suas cargas são de sinais diferentes.
Experimento que comprova a existência de repulsão elétrica entre corpos. Como os corpos se repelem, suas cargas são de mesmo sinal.
Princípio da conservação das cargas
Em um sistema isolado eletricamente não há troca de cargas entre sua parte interna o meio externo. Um sistema eletricamente isolado – em cujo interior existam n corpos eletrizados, cada qual com uma determinada quantidade de carga – tem uma quantidade de cargas total (Q inicial). Caso as partes internas troquem cargas entre si, após essa troca haverá diferenças nos valores de carga de cada parte, mas o sistema como um todo mantém a mesma quantidade de cargas (Q final) que apresentava possuía no início. Daí se conclui que a soma das cargas elétricas de um sistema eletricamente isolado é constante, como demonstra a equação a seguir.
Q inicial 5 Q final Esse é o princípio de conservação das cargas, proposto inicialmente por Benjamin Franklin.
Modelo esquemático do experimento de Millikan.
Deixou cair uma gotícula eletrizada entre duas placas carregadas com sinais contrários (1 e 2). Como consequência, a gotícula foi submetida à força peso e à força elétrica. As cargas da placa estavam reguladas de modo que a gotícula ficasse em equilíbrio. Nessa situação, a força elétrica e a força peso são iguais em módulo. Com esse procedimento, pode-se igualar as forças e, assim, calcular a quantidade de carga presente na gotícula. Posteriormente, devido ao fato de a água evaporar muito rapidamente, Millikan trocou as gotículas de água por gotículas de óleo. Após longas e exaustivas repetições da experiência, concluiu que a quantidade de carga que provocava a menor alteração possível possível no movimento da gotícula era igual à carga de um único elétron. Percebeu, também, que todos os demais valore valoress de carga que se podiam adicionar à gotícula eram múltiplos do valor unitário de carga atribuído ao elétron.
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Carga elétrica
Exercício resolvido 1.
Três corpos eletrizados inicialmente com as cargas Q1 5 22 mC, Q2 5 5 mC e Q3 5 24 mC, localizam-se em um sistema eletricamente isolado. Após trocarem cargas entre si, os corpos 1 e 2 apresentam as cargas Q’1 5 1 mC e Q’2 5 3 mC, respectivamente. (1mC 5 1026 C) a) Determinar a carga final do corpo 3 (Q’3). b) Responder se o corpo 3 perdeu ou recebeu elétrons e justificar. c) Calcular o número de elétrons cedidos ou recebidos pelo corpo 2. d) Explicar se após a troca de cargas haverá atração ou repulsão entre os corpos 1 e 3.
b) A carga do corpo 3 inicialmente era de 24 mC e passou ser igual a 25 mC, ou seja, aumentou a quantidade de cargas negativas, indicando que o corpo recebeu elétrons. elétrons. c) O corpo 2, inicialmente, tinha uma carga de 5 mC e passou a ter uma carga de 3 mC, diminuindo a quantidade de cargas positivas em excesso, indicando que esse corpo recebeu elétrons. Para determinar o número de elétrons recebidos, inicialmente deve-se observar a variação da quantidade de carga. DQ 5 Q2’ 2 Q2 Æ DQ 5 3 ? 1026 2 (5 ? 1026) Æ Æ DQ 5 22 ? 1026 C Para determinar a quantidade de elétrons, utiliza-se a seguinte equação: 22 ? 1026 _Q_ Æ n 5 __________ Æ Q 5 n ? e Æ n 5 __ e 21,6 ? 10219 Æ n 5 1,25 ? 1013 elétrons. d) De acordo com o princípio da atração e repulsão, cargas opostas se atraem. Como Q’1 5 1 mC e Q’3 5 25 mC são cargas opostas, haverá atração entre os corpos 1 e 3.
Resposta
a) De acordo com o princípio da conservação das cargas, a soma das quantidades de cargas antes das trocas deve ser igual à soma das cargas após as trocas. Assim: Q1 1 Q2 1 Q3 5 Q’1 1 Q2’ 1 Q3’ Æ Æ (22 ? 1026) 1 5 ? 1026 1 (24 ? 1026) 5 5 1 ? 1026 1 3 ? 1026 1 Q3’ Æ Æ Q’3 5 25 ? 1026 C ou 25 mC
Exercícios Exercíci os propostos 2. Incide-se um feixe de luz ultravioleta em uma pla-
5. Dois corpos encontram-se em um meio eletricamente
ca metálica. Durante o processo, são ejetados 6,25 ? 1010 elétrons. Determine a quantidade de carga da placa no final do processo, considerando isolado o sistema luz-placa.
isolado. Inicialmente apresentavam quantidades de carga iguais a Q1 5 3 mC e Q2 5 21 mC. a) Identifique o tipo de partícula que está em excesso no corpo 1. b) Identifique o tipo de partícula que está em excesso no corpo 2. c) Calcule a quantidade de carga total no meio após esses corpos trocarem cargas entre si. d) Determine a carga do corpo 2 no final da troca de cargas, sabendo que o corpo 1 apresentou uma quantidade de carga igual a 2 mC.
3. Dois corpos eletricamente isolados apresentam cargas Q1 5 25 mC e Q2 5 8 mC. Após troca de cargas en-
tre eles, o corpo 1 adquire o dobro de carga do corpo 2. Determine a carga de cada corpo depois da troca.
4. Copie as afirmações abaixo e assinale V, caso a
afirmação seja verdadeira e F caso seja falsa. a) Nas trocas de cargas entre corpos, as partículas transferidas são os elétrons. b) Em um corpo eletrizado positivamente, o número de prótons é menor que o número de elétrons. c) Em um corpo neutro, o número de cargas negativas é igual ao número de cargas positivas. d) Nas trocas de cargas entre os corpos, as partículas transferidas são os prótons. e) Em um sistema fechado, fechado, é possível aumentar ou diminuir a quantidade de cargas sem que haja quaisqua isquer trocas de cargas com sistemas externos. f) Todas as vezes que for dito que um corpo está eletrizado negativamente, pode-se concluir que não há nenhuma carga positiva nele. g) Se dois corpos eletrizados se atraem, as suas cargas são de sinais diferentes.
6. Um objeto está carregado com carga Q1 5 4 C.
a) Determine a quantidade de prótons em excesso presentes nesse corpo. b) Caso se queira neutralizar esse corpo, identifique qual seria a quantidade de elétrons que deveria ser transferida a esse corpo. 7.
Pesquisar e explicar por que, ao aproximar o braço do monitor do computador ou da TV quando ligados, os pelos do braço sofrem atração e se levantam, muitas vezes ocorrendo pequenos estalos.
8. Explique em que a carga elétrica de um elétron di-
fere da carga de um próton. 9. Se alguém lhe perguntasse o que é uma carga elé-
trica, qual seria a sua resposta?
2. Condutores e isolantes Condutores A matéria é constituída por diferentes tipos de agrupamentos de átomos, que dão origem a estruturas moleculares complexas. Dependendo do material, pode ocorrer maior ou menor circulação de elétrons entre essas estruturas moleculares.
Materiais que permitem com facilidade o trânsito de partículas portadoras de cargas elétricas são chamados de condutores . São exemplos de condutores: os metais, o grafite, soluções eletrolíticas, gases ionizados, o corpo humano, a superfície da Terra, Terra, entre outros. A condutividade elétrica de alguns materiais pode ser explicada pelo modelo atômico de Rutherford-Bohr. Tome-se como exemplo o caso dos metais. De acordo com o modelo atômico adotado, na estrutura atômica desses materiais, os elétrons das camadas mais externas (ou seja, mais longe dos núcleos) não permanecem ligados aos núcleos dos átomos e, por isso, são móveis. Por essa razão, são chamados de elétrons livres. Os metais podem facilmente ceder ou receber elétrons livres dos átomos vizinhos e, ao fazerem isso, conduzem eletricidade. elétrons
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Esquema (cores-fantasia) de um conjunto de cinco átomos que compõem a estrutura atômica dos metais. Os elétrons livres não ficam ligados ao núcleo de nenhum átomo, ao contrário dos elétrons mais próximos aos núcleos atômicos. Os prótons encontram-se fixos nos núcleos.
Nos condutores eletrizados, o excesso de cargas localiza-se na superfície externa do corpo. Isso ocorre porque as cargas em excesso têm o mesmo sinal e portanto se repelem, ficando à maior distância possível uma das outras – na superfície do condutor condutor..
Isolantes
Materiais que não permitem o trânsito de partículas portadoras de cargas elétricas com facilidade são chamados de isolantes ou dielétricos. Podem ser considerados isolantes o ar, a água pura, vidro, plástico, seda, lã, enxofre, parafina, madeira e borracha. Se ligados aos terminais de uma pilha ou bateria, não possibilitam a movimentação de cargas, a não ser que estejam submetidos a uma grande intensidade de força eletromagnética. De acordo como o modelo atômico de Rutherford-Bohr, esses materiais não apresentam elétrons livres em grande quantidade, pois a maioria deles está firmemente ligada ao núcleo atômico. Portanto, não há o transporte de carga elétrica.
Ligado ao tema A eletrização de dielétricos Mesmo não conduzindo eletricidade, alguns materiais isolantes ou dielétricos têm a propriedade de atrair ou repelir outros objetos quando eletrizados. Isso ocorre, basicamente, em três situações. 1) Quando recebem elétrons, a carga excedente recebida não se distribui e, por isso, permanece localizada dentro do isolante. Essa região com excesso de elétrons exercerá atração ou repulsão sobre os demais corpos. 2) Quando um material que é isolante perde elétrons, o excesso de prótons também fica localizado, gerando polos com sinais positivos dentro do material. Esses polos terão poder de atração ou repulsão sobre os demais corpos. 3) Quando submetidas a uma influência externa, como uma força elétrica, substâncias isolantes compostas por mo lé-cucu-las-polares las-polares (aquelas que apresentam apre sentam uma assimetria na distribuição de cargas, ou seja, o centro das cargas positivas não coincide com o centro de cargas negativas, figura A) podem orientar-se no interior do isolante. Elas fazem surgir, então, em uma das extremidades extre midades do corpo um excesso de carga positiva e, em outra, excesso de carga negativa, permanecendo o corpo ainda eletricamente neutro, mas exercendo poder de atração elétrica devido à grande diferença entre a concentração de cargas com sinais diferentes (figura B). � �
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Os fios elétricos das instalações residenciais são feitos de material condutor, geralmente de cobre, envolto por um material isolante (na fotografia, com várias cores) que evita a troca de carga.
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Isolante com Isolante polarizados moléculas polares com moléculas sem orientação. orientadas.
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Carga elétrica
Exercícios resolvidos 10. Entre as torres e os
fios que conduzem eletricidade existem discos de cerâmica ou de vidro, conforme se observa na fotografia a seguir. Explicar a razão do uso desses discos. Resposta
A cerâmica e o vidro são isolantes à temperatura ambiente. Sua função é evitar a troca de cargas entre os fios e a torre. 11. Um tubo de determinado material isolante fica
eletrizado em uma de suas extremidades. Indicar se é falsa ou verdadeira cada uma das afirmações a seguir. a) A outra extremidade deverá estar eletrizada também. b) A outra extremidade poderá ou não estar eletrizada com carga oposta, se o material for isolante. c) Se o material for condutor, ele não poderá ser eletrizado. d) Se for isolante, o material nunca será eletrizado.
Resposta
a) Falsa, porque, em sendo o material isolante, as partículas com cargas elétricas ficam fixas. b) Verdadeira. c) Falsa, pois qualquer material pode ser eletrizado. d) Falsa, pois qualquer material pode ser eletrizado. 12. Sabe-se que:
a) água pura praticamente praticamente não conduz eletricidade; b) água com açúcar praticamente não conduz eletricidade; c) água com sal (NaCº ) conduz eletricidade. Explicar as causas desses fatos. Resposta
a) A água pura não conduz apreciavelmente a eletricidade porque ela não contém elétrons livres (não é sólida) e contém concentrações muito baixas de íons. b) Dissolvendo-se açúcar na água, a solução ainda não é condutora porque o açúcar não produz íons em solução, de modo que não há cargas elétricas que possam ser transportadas. c) Quando se dissolve sal de cozinha (NaCº ) na água, as moléculas do sal se dissociam, originando os íons Na1 e Cº 2. Esses íons são portadores de carga elétrica, e, por isso, a água passa a conduzir eletricidade.
Exercícios Exercíci os propostos 13. Identifique quais dos materiais a seguir são isolan-
tes e quais são condutores. Para isso, releia o texto sobre condutores e isolantes. a) cobre e) plástico b) borracha f) água salgada c) ar g) cerâmica d) água pura h) ouro 14. Verifique se cada uma das afirmações a seguir é
falsa ou verdadeira, corrigindo no caderno as que estiverem erradas. a) Não existem corpos eletrizados nas proximidades de um corpo polarizado. b) É possível que haja metais cujos átomos estejam polarizados. c) Um corpo polarizado polarizado nunca é eletricamente neutro. neutro. d) As moléculas de um corpo polarizado apresentam uma orientação espacial. e) Um corpo carregado pode atrair ou repelir um corpo neutro. f) De acordo com o modelo atômico de Rutherford-Bohr, a condução de eletricidade nos materiais ocorre somente devido ao fato de estes apresentarem elétrons livres em sua composição.
g) Um material de borracha apresenta uma grande quantidade de elétrons livres. 15. Explique de que maneira um material isolante pode
atrair ou repelir um objeto, mesmo não tendo elétrons livres em sua estrutura atômica. 16. Uma pequena esfera de isopor, coberta de papel alumínio, é suspensa por um fio de nylon. Em se-
guida, é atraída por um canudinho plástico negativamente carregado. Pode-se afirmar com toda a certeza que a carga elétrica da esfera é positiva? Ou ela também pode ser neutra? Justifique. 17.. Explique por que a parte ex17
terna do soquete para lâmpada apresentado ao lado é feito de cerâmica, enquanto a maior parte da superfície interna é feita de metal. 18. Faça uma relação de situações de seu dia a dia nas
quais se pode perceber o uso de materiais isolantes como meio de prevenção de acidentes envolvendo eletricidade.
3. Processos de eletrização Um átomo é neutro quando nele há quantidades iguais de elétrons e prótons. Se houver excesso de uma dessas partículas, o átomo está eletrizado ou carregado. Para eletrizar um corpo, é necessário que ocorra um processo de transferência de partículas com carga elementar e entre dois ou mais corpos. No cotidiano, isso é feito retirando-se ou fornecendo-se elétrons (2) ao corpo. A retirada de prótons do núcleo do átomo exige processos sofisticados e caros. Um corpo neutro pode ser eletrizado de três maneiras: por atrito, por contato e por indução.
Eletrização por contato
Neste processo, é necessário que um dos corpos esteja previamente eletrizado, e o outro, neutro. Então, aproximam-se aproximam-se os corpos fazendo com que ocorra o contato entre ambos. No instante do contato ocorre a transferência de carga. Após esse contato, os corpos ficam com cargas de mesmo tipo do corpo inicialmente eletrizado. Isto é, se o objeto previamente eletrizado tiver carga negativa, com o contato, o corpo neutro também terá carga negativa. Na eletrização por contato, os corpos adquirem cargas de mesmo sinal. A seguir são apresentadas duas situações em que se eletriza um corpo A inicialmente neutro, suspenso por uma haste feita de material isolante. 1a situação: contato com um condutor eletrizado negativamente neutro
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Conceito Conceit o em questão Na eletrização por contato, o corpo neutro se eletriza com o mesmo sinal do corpo que o eletrizará. Se o corpo eletrizador (Q1) e o eletrizado (Q2) forem esféricos, de mesmo material, e os raios (R1 e R2) de suas esferas forem diferentes, a razão entre as quantidades de cargas dos corpos (Q1’ e Q2’ ) após o contato será proporcional aos seus raios, ou seja: R1 Q’1 ___ ___ 5 Q’2
R2
No caso particular de as esferas serem idênticas (com o mesmo mes mo raio e o mesmo tipo de material), após o contato, os corpos terão a mesma quantidade de carga, então Q’ A 5 Q’B. Pelo princípio da conservação das cargas: Q A 1 QB 5 Q’ A1 Q’B
antes
Um corpo B, eletrizado negativamente com carga Q, é aproximado do condutor neutro A.
depois
durante
Ao entrar em contato com A, parte do excesso de elétrons presentes em B será transferida para A.
Depois que o contato é encerrado, o condutor A, que recebeu elétrons, ca eletrizado negativamente negativamente.. B continua eletrizado negativamente, ainda que com menos elétrons.
2a situação: contato com um condutor eletrizado positivamente neutro A
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antes
Um corpo B, eletrizado positivamente com carga Q, é aproximado do condutor A.
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durante
depois
Ao entrar em contato com
Depois que o contato é encerrado, o condutor A, que perdeu elétrons, fica eletrizado positivamente. B continua eletrizado positivamente, ainda que com mais elétrons.
A, os elétrons livres deste
vão ser atraídos pelos prótons de B e, no contato, acabam sendo transferidos para B.
Isso significa que, se os corpos forem idênticos, sendo um deles neutro, no final cada qual terá metade da quantidade de carga total que havia antes do contato.
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Fazendo Q’ A 5 Q’B obtém-se: Q A 1 QB 5 2QB’ Então Q A 1 QB ________ Q 5 Q’ A 5 Q’B 5 2
A
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Q
Q
2
2
Imagine que haja três esferas idênticas trocando cargas; duas delas neutras e uma eletrizada com carga Q. Qual será a razão entre as cargas após o contato?
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Carga elétrica
Exercícios resolvidos 19. Duas esferas condutoras idênticas A e B, inicial-
mente neutras, são colocadas em contato uma de cada vez com uma esfera C, idêntica às anteriores e previamente eletrizada com carga 10 q. Determinar a carga final de A, B e C. Resposta
1a situação: contato de QC com Q A. Se as esferas são idênticas, então: 0 1 10 q Q A 1 QC’ ________ 5 ________ 5 5 q Q A’ 5 QC’ 5 2 2 a 2 situação: contato de Q’C com QB. 015q QB 1 Q’C ________ ________ 5 5 2,5 q QB’ 5 Q”C 5 2 2 Portanto, Q’ A 5 5 q; Q’B 5 2,5 q e Q”C 5 2,5 q. 20. Determinar a carga final após o contato de duas esferas condutoras A e B de raios r A 5 2 cm e rB 5 4 cm sabendo que, no início, a quantidade de carga dessas esferas era Q A 5 12 q e QB 5 0. Resposta
Quando as esferas têm raios diferentes, sabe-se que: Q’1 ___ R1 Q’ A A ___ _2_ Æ Q’ 5 2Q’ . 5 . Portanto: ___ 5 __ B A Q’2 R2 Q’B 4
De acordo com o princípio da conservação das cargas: Q A 1 QB 5 Q’ A 1 Q’B
Portanto: Q A 1 QB 5 3Q’ A Æ 12 q 1 0 5 3Q’ A Æ Q’ A 5 4 q e Q’B 5 8 q
21. Duas esferas metálicas idênticas, inicialmente eletrizadas com cargas Q1 5 5 mC e Q2 5 21 mC,
são colocadas em contato durante certo intervalo de tempo, atingem o equilíbrio eletrostático e, depois, são separadas. Ao término do processo, têm-se os seguintes valores de cargas: Q1 5 2,5 mC e Q2 5 1,5 mC. Calcular a quantidade de carga perdida pela esfera 2 durante o contato. Resposta
Como a esfera 2 terminou o processo com carga de 1,5 mC, pode-se deduzir que ela perdeu o que tinha de elétrons em excesso (sua carga inicial era de 21 mC), além de ter perdido mais 1,5 mC de elétrons, até ficar eletrizada positivamente. Portanto, ela perdeu 2,5 mC, que é exatamente a quantidade de carga que a esfera 1 ganhou (por isso, a carga 1 ficou com 2,5 mC no final).
Exercícios Exercíci os propostos
condutora, a, previamente eletrizada, é co22.. Uma esfera A condutor 22
26. Em um curso de montagem de computadores, o
locada em contato sucessivamente com três esferas B, C e D, inicialmente neutras, todas idênticas. Sabendo que a quantidade de carga da esfera A é Q A 5 12 q, determine a carga de cada esfera após o contato.
instrutor orienta os alunos sobre os cuidados a tomar quanto à eletricidade estática. A fotografia abaixo mostra um indivíduo manuseando um disco rígido (HD) de um computador.
23. Três esferas condutoras idênticas estão eletrizadas, respectivamente, com Q A 5 25 q, QB 5 7 q e QC 5 9 q. Coloca-se inicialmente A em contato com B, depois com C e, por fim, novamente com B. a) Calcule a carga final de A.
b) Se a ordem do contato fosse alterada, ou seja, se se fizesse a esfera A tocar inicialmente em C, depois em B e finalmente em C, a carga de A teria o mesmo valor no final? 24.. Duas esfera condutoras de raios r A 5 6 cm e 24 rB 5 2 cm e eletrizadas com Q A 5 5 q e QB 5 7 q são
colocadas em contato entre si. a) Determine a carga de final de A e de B. b) Calcule o número de prótons em excesso no corpo B. Admita q 5 3,2 pC. (1 pC 5 10212 C)
25. Considere dois condutores iguais, sendo um deles
neutro, e o outro, eletrizado positivamente. Explique como ocorre o processo de transferência de elétrons quando há o contato entre os corpos.
Justifique, usando de seus conhecimentos, por que um procedimento está correto, e o outro não está. 27.. Considere os seguintes dados: massa de um elé27 tron 5 me 5 9, 9,11 ? 10231 kg; massa de um próton 5 5 m p 5 1,7 ? 10227 kg.
a) Caso um corpo neutro passe a ficar eletrizado negativamente, pode-se dizer que ele terá ganho de massa, perda, ou ficará com a mesma massa que tinha quando neutro? Justifique. b) Caso um corpo neutro passe a ficar eletrizado positivamente, pode-se dizer que haverá ganho, perda, ou conservação da massa inicial, quando o corpo estava neutro? Justifique.
Eletrização por atrito
Ao atritar um corpo (papel, lã, algodão, etc.) em outro corpo (régua plástica, caneta, bastão de vidro, etc.) pode haver transferência de elétrons entre eles, enquanto são atritados. Após o término, t érmino, um dos corpos fica com excesso de prótons por ter cedido elétrons, ficando, assim, eletrizado positivamente. O outro fica com excesso de elétrons, por ter recebido essas cargas, ficando carregado negativamente. Na eletrização por atrito, os corpos adquirem cargas de sinais opostos. Para determinar qual corpo terá carga positiva ou negativa, deve-se consultar a série tribo-elétrica (ver esquema abaixo), construída empiricamente pelos físicos.
r o p o s I
e r b o C
a h c a r r o B
r a b m Â
o ã d o g l A
l e p a P
ã L
n o l y N
o r d i V
a n a m u h e l e P �
Segundo essa série, podem-se fazer algumas afirmações. Os corpos ficam eletrizados positivamente quando são atritados em corpos feitos de materiais que estiverem à esquerda deles, na série. Os corpos ficam eletrizados negativamente quando são atritados nos corpos feitos de materiais que estiverem à direita deles, na série. Assim, se um material inicialmente neutro, composto de algodão, for atritado no vidro, também inicialmente neutro, ficará carregado negativamente, enquanto o vidro ficará carregado positivamente. De acordo com o modelo atômico de Rutherford-Bohr, a eletrização por atrito ocorre porque os elétrons dos materiais que estão mais fracamente ligados aos núcleos serão transferidos para o outro material. Se um material de cobre for atritado com um pedaço de papel, os núcleos dos átomos de cobre vão se aproximar muito dos elétrons do papel. Essa aproximação fará com que os elétrons do papel sejam atraídos para o cobre. Ainda no que se refere à eletrização por atrito, é importante considerar os seguintes fatos. Nem sempre é possível eletrizar dois corpos por atrito. Ao se atritarem, por exemplo, corpos de mesmo material, não irá ocorrer transferência de elétrons entre eles. Na eletrização por atrito de objetos isolantes, o excesso de cargas permanece localizado na região do corpo onde ocorre o atrito. Isso ocorre porque não há elétrons livres em sua composição atômica. Ao eletrizar condutores por atrito, as cargas se distribuem por toda a sua superfície. Isso ocorre porque as cargas elétricas repelem-se entre si e, por isso, ficam o mais distante possível umas das outras. Se for desejável manter um objeto eletrizado, será necessário prendê-lo com um material isolante. Caso contrário, todas as cargas serão transferidas para o material que prende o objeto eletrizado, de maneira que haverá uma rápida neutralização. Ademais, se o material que prende o objeto for um condutor e estiver em contato com a terra por meio de um fio ou de uma pessoa que o segura, haverá um rápido escoamento das cargas para a terra. Esse cuidado deve ser tomado para todos os objetos eletrizados, ou por atrito, ou por qualquer outro processo.
Ligado ao tema Eletrização por atrito na indústria Nas tecelagens, o movimento dos tecidos nas máquinas ocasiona um atrito entre as partes do tecido e dos cilindros metálicos, de maneira que ambos ficam eletrizados. Essa eletrização é perigosa, pois o descarregamento das peças eletrizadas pode gerar faíscas e ocasionar incêndios. Para evitar o risco de acidentes, são instalados nebulizadores, aparelhos que aumentam a umidade do ambiente, lançando pequenas gotas de água no ar. Essas gotículas, quando em contato com as peças eletrizadas, neutralizam os corpos que tenham cargas em excesso.
1
Carga elétrica
Exercícios resolvidos 28.Um borrifador (esque-
ma ao lado) é usado para pulverizar óleo dentro de um recipiente eletricamente isolado. Antes de serem lançadas no interior do recipiente, as gotas passam por A um duto que faz par- B te do borrifador e entram em atrito com as paredes desse duto. Com isso, ficam eletrizadas com carga positiva. a) Identificar o sinal das cargas das paredes do borrifador após o atrito. Justificar. b) Sabendo que, no interior do recipiente, existem dois corpos A e B previamente eletrizados com cargas opostas e que, durante a queda, as gotas são atraídas para o corpo A e repelidas pelo corpo B, determinar o tipo de carga do corpo B. c) Sabendo que uma das gotas apresentou carga igual a 6,4 10 19 C, determinar o número de elétrons transferidos por essa gota para as paredes do borrifador durante o atrito. ?
2
Resposta
a) No final do processo de eletrização por atrito, os corpos atritados apresentam cargas de sinais opostos. Portanto, as paredes do borrifador ficaram eletrizadas com carga negativa. b) Como as gotas de óleo são repelidas repelidas pelo corpo B, e cargas iguais se repelem, então o corpo B tem carga de mesmo sinal que a das das gotas, ou seja, tem cargas de sinal positivo. c) Dados: Q 6,4 10 19 C e e 1,6 10 19 C. 6,4 10 19 _Q_ Æ n _________ __ Æ Q n eÆn e 1,6 10 19 4 elétrons Æn 5
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29. No período do inverno, quando a umidade do ar di-
minui em algumas regiões do país, podem-se ouvir alguns estalos quando uma pessoa vestida com um casaco de lã resolve tirá-lo. Explicar esse fenômeno. Resposta
O casaco de lã entra em contato com a pele da pessoa e, por isso, fica eletrizado. Pode haver, então, transferência de cargas elétricas entre o casaco e a pele da pessoa. Essa troca é percebida pelos estalos. Em climas úmidos, o vapor de água presente no ar neutraliza o excesso de cargas elétricas do casaco de lã antes que a pessoa o tire.
Exercícios propostos 30.É possível a uma pessoa manter eletrizada uma
barra de metal depois de atritada, segurando-a diretamente com as mãos e estando com os pés diretamente em contato com o solo? Em caso negativo, apresente uma sugestão para que a eletrização se mantenha por mais tempo. 31. Em tempos secos, ocorrem mais frequentemente
acúmulos de cargas elétricas, ou seja, os objetos ficam eletrizados por mais tempo. Como consequência, consequência, nessa época é mais comum ocorrerem pequenos choques elétricos quando se abre a porta de um carro, ou situações si tuações em que os cabelos de uma pessoa arrepiam-se quando próximos de determinados objetos. a) Descreva como se dá o acúmulo de cargas nos carros. b) Andar descalço favorece a descarga de cargas elétricas acumuladas. Explique: o que significa essa descarga; por que andar descalço favorece a “descarga elétrica”. 32.Atrita-se uma borracha escolar em um pedaço de
papel. A borracha fica eletrizada negativamente e é aproximada de um papel-alumínio eletricamente neutro, muito leve e suspenso por uma haste isolante. Inicialmente, a borracha atrai o papel-alumí-
nio, até que ambos entram em contato. Depois do contato, passam a repelir-se mutuamente. a) Identifique o sinal das cargas elétricas presentes na borracha e no papel em que foi atritada depois da eletrização. b) Explique por que a borracha e o papel-alumínio passam a repelir-se após a eletrização por contato. c) Faça um esquema mostrando os sinais das cargas antes, durante e depois da eletrização por contato. Nesse esquema, não se esqueça de representar em que sentido ocorre a transferência de elétrons: da borracha para o alumínio ou do alumínio para a borracha. 33.Dois objetos compostos unicamente por plástico
são atritados entre si. Após o atrito, eles ficarão eletrizados? Justifique. 34.Responda se cada uma das afirmações a seguir é
falsa ou verdadeira e justifique sua resposta. a) Na eletrização por atrito entre dois corpos neutros, a carga final apresentará sinais opostos para cada um deles. b) Na eletrização por atrito, desorganiza-se a estrutura atômica dos materiais, podendo ocorrer transferência de prótons entre eles.
Eletrização por indução
O que é indução eletrostática É possível haver eletrização de um corpo neutro sem que ocorra atrito ou contato. Quando há a aproximação de um condutor eletrizado próximo de um neutro, ocorre uma separação de cargas no corpo neutro. A separação de cargas em um condutor devido à aproximação de um corpo eletrizado é denominada indução eletrostática. Durante uma indução eletrostática, há o indutor (que pode ser um condutor previamente previamente eletrizado) e o induzido, condutor no qual haverá a separação de cargas. Aproximando os condutores sem que haja contato, ocorre um movimento de cargas dentro do induzido. elétrons
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indutor
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induzido
induzido
indutor
Se o indutor estiver carregado com carga negativa, haverá repulsão nos elétrons livres do induzido, de modo que estes se deslocarão para a região mais afastada, deixando a região mais próxima do indutor com carga positiva.
Se o indutor estiver carregado com carga positiva, irá atrair os elétrons livres do induzido, provocando nele a separação de cargas. No lado oposto, cará concentrada uma quantidade maior de cargas positivas.
Como ocorre a eletrização por indução A seguir são apresentadas duas situações com indução eletrostática em que é colocado um fio no condutor, ligando-o ao solo. Ocorrerá, então, um aterramento .
B
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Nesta situação, aproxima-se um indutor eletrizado negativamente (esfera A), provocando uma separação de cargas no corpo neutro (esfera B), que será o induzido.
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B
Detectoreseletrostáticos São aparelhos usados para detectar se um corpo está eletrizado ou não. O eletroscópio de folhas (fotografia ao lado) é um deles. É constituído por duas lâminas metálicas delgadas que, por meio de uma haste metálica, se ligam a uma esfera condutora. Ao aproximar um objeto eletrizado da esfera do eletroscópio, suas lâminas metálicas afastam-se uma da outra. Isso ocorre porque a presença do corpo eletrizado próximo da esfera metálica induz uma movimentação de cargas no eletroscópio, fazendo aumentar a quantidade de cargas de mesmo sinal nas lâminas. Com isso, surge uma força de repulsão que faz com que estas se afastem.
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Nesta situação, aproxima-se um indutor (esfera A) eletrizado positivamente, provocando uma separação de cargas no corpo neutro (esfera B), que será o induzido.
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Ligando-se o induzido ao solo, alguns de seus elétrons serão repelidos pelas cargas negativas do indutor e descerão para a terra pelo o.
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Após a retirada do o, o induzido ca eletrizado positivamente, porque perdeu elétrons.
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Na região do induzido oposta à do indutor, carão os prótons. Estes, então, atrairão os elétrons da terra, que subirão pelo o.
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Ao retirar o o, o induzido cará eletrizado negativamente, porque recebeu elétrons.
Por meio dos exemplos, pode-se concluir que, no final de uma eletrização por indução, os corpos envolvidos adquirem cargas de sinais opostos .
Representação esquemática da movimentação de cargas elétricas em um eletroscópio de folhas.
Se o eletroscópio estiver com as lâminas totalmente fechadas, o corpo que se aproxima do aparelho estará neutro. Se suas lâminas permanecerem afastadas uma da outra sem a presença de um corpo eletrizado nas proximidades, o eletroscópio estará eletrizado.
1
Carga elétrica
Exercício resolvido 35.Dispõe-se de dois eletroscópios de folhas. No primeiro, chamado de eletroscópio A, suas folhas
se fecham ligeiramente quando se aproxima dele um indutor de carga positiva. No segundo eletroscópio, chamado de B, as folhas se abrem à medida que o indutor carregado positivamente se aproxima dele. Explicar o comportamento de cada eletroscópio por meio do modelo atômico de Rutherford-Bohr Ruth erford-Bohr.. eletroscópio A
eletroscópio B
Resposta
O sinal da carga do indutor (bastão de vidro) é o que determina o sentido do fluxo de elétrons. Como a carga do indutor é positiva, os elétrons elé trons são atraídos da terra para a esfera. 37. Três esferas condutoras metálicas não eletrizadas A, B e C são colocadas em contato entre si,
conforme a figura abaixo. Aproxima-se um quarto condutor, eletrizado negativamente, inicialmente pela esquerda e, a seguir, pela direita. � � � � �
A
B
C
Representar a distribuição de cargas nas esferas ao aproximar o indutor nos dois casos. Resposta Resposta
O que faz as folhas de um eletroscópio permanecerem abertas, repelindo-se, é o excesso de carga de mesmo sinal em cada uma das folhas. Quando um indutor se aproxima do induzido (eletroscópio), as cargas do induzido, de mesmo sinal do indutor, são repelidas e, por isso, afastam-se o máximo possível e se alocam nas extremidades das folhas. Como as folhas têm o mesmo sinal, elas se afastam uma da outra. As folhas de A fecham-se um pouco depois da aproximação do indutor porque o eletroscópio deve estar eletrizado negativamente. A aproximação do indutor com cargas positivas atraiu parte das cargas elétricas negativas que estavam nas folhas do eletroscópio. Com isso, diminuiu-se a força de repulsão entre elas. As folhas de B se afastam mais depois da aproximação do indutor, carregado positivamente, porque este atrai as cargas negativas do eletroscópio. Com isso, aumentará o excesso de cargas positivas nas folhas e, assim, haverá um aumento da força de repulsão entre elas.
Ao aproximar o indutor eletrizado negativamente pela esquerda, a esfera A, mais próxima do condutor eletrizado, passará a ter carga positiva, pois suas cargas negativas são repelidas. A esfera C passará a ter carga negativa, pois é a esfera que se encontra mais afastada do condutor eletrizado. A esfera B estará neutra, pois está entre A e C, e as suas cargas serão igualmente atraídas e repelidas, conforme o esquema mostrado a seguir seguir..
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A
B
C
Ao aproximar o indutor eletrizado negativamente pela direita, a esfera A, mais distante do condutor eletrizado, passará a ter carga negativa, pois suas su as cargas positivas são atraídas at raídas pelo indutor. A esfera C passará a ter carga positiva, pois é a esfera que se encontra mais próxima do condutor eletrizado. A esfera B estará neutra, pois está entre A e C, e as suas cargas serão igualmente atraídas e repelidas, conforme o esquema mostrado a seguir.
36.Aproxima-se de uma esfera condutora neutra um
bastão de vidro positivamente eletrizado. Depois, liga-se um cabo condutor da terra à esfera. Explicar o sentido do fluxo de elétrons.
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A
B
C
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Exercícios Exercíci os propostos 38.Aproxima-se de um eletroscópio uma esfera eletriza-
da positivamente. A seguir, aterra-se o eletroscópio, cessa-se o aterramento e afasta-se a esfera. Desenhe um esquema que represente como ficarão as folhas no final do processo e a distribuição de cargas.
39.Atrite um pente no cabelo. Abra uma torneira deixando sair um filete de água. Aproxime o pente
do filete. Descreva Descreva o que você observa e proponha uma explicação para o fenômeno observado.
Raios, relâmpagos e trovões
As nuvens de chuva, em geral, estão eletrizadas. A eletrização das nuvens ocorre, basicamente, por duas razões: devido às colisões das partículas de gelo acumuladas em seu interior, ou pela diferença de condutividade elétrica do gelo ocasionada pela variação de temperatura no interior da nuvem. Em qualquer desses processos, as partículas de gelo perdem elétrons e se transformam em íons. Isso torna a nuvem eletricamente carregada. A eletrização das nuvens de chuva torna possível a ocorrência de descargas elétricas entre duas nuvens eletrizadas ou entre as nuvens e a terra. Essas descargas elétricas entre nuvens carregadas ou entre as nuvens e a terra são chamadas de raios. Os raios costumam ocorrer acompanhados de relâmpagos, que são emissões de luz visível devido à ionização das moléculas do ar que estão entre a superfície e a nuvem no momento da descarga elétrica. O relâmpago torna visível a descarga elétrica, cuja trajetória irregular é ramificada, e com altura, muitas vezes, de muitos quilômetros de distância até a terra. Além dos relâmpagos, os trovões ocorrem juntamente com os raios. Trovões são ondas sonoras de grande intensidade provocadas por um aumento de pressão das moléculas do ar. Esse aumento de pressão se deve à rápida expansão dos gases presentes no ar, causada pelo grande aquecimento ocasionado por uma descarga elétrica. A seguir são apresentadas duas situações em que ocorrem raios. Nuvemcarregadapositivamente: descargaelétricadosoloparaanuvem �
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Nuvemcarregadanegativamente: descargaelétricadanuvemparaosolo
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Conceitoemquestão
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Fotografia de um raio atingindo o para-raios do Congresso Nacional, em Brasília (DF).
Caso a nuvem esteja carregada positivamente , os elétrons da superfície
serão atraídos pelas cargas positivas da nuvem e subirão em direção ao pararaios, onde se concentrarão fortemente. A grande concentração de cargas elétricas positivas na nuvem e negativas no pararaios fará com que o ar entre o para-raios e a nuvem se torne um condutor. Então, uma descarga elétrica pode saltar do pararaios para a nuvem. Ocorre, assim, um raio da superfície para a nuvem.
Caso a nuvem esteja carregada negativamente , os elétrons da nuvem repelirão as cargas elétricas negativas do para-raios, e isso faz com que os elétrons se desloquem para a superfície, causando uma grande concentração de cargas positivas no para-raios. A grande concentração de cargas elétricas negativas na nuvem e positivas no para-raios fará com que o ar entre o para-raios e a nuvem se torne um condutor. Então, uma descarga elétrica pode saltar da nuvem para a terra. Assim, ocorre um raio da nuvem para a superfície.
Estas descargas elétricas são favorecidas quando as nuvens estão próximas a superfícies pontiagudas ou quando se está em lugares mais altos, próximos a nuvens. A explicação para a maior incidência de raios em superfícies pontiagudas deve-se ao chamado poder das pontas, fenômeno no qual se percebe maior acúmulo de cargas elétricas nas extremidades pontiagudas dos objetos.
Na instalação e fabricação dos para-raios, utilizam-se dois conhecimentos acerca dos raios: o fato de que objetos pontiagudos os atraem (poder das pontas) e o fato de lugares mais altos facilitarem a descarga elétrica. Assim, ao serem colocados no alto dos prédios, os para-raios atraem os raios e os conduzem para a terra, evitando que atin jam seres vivos e instalações. Dê exemplos de outras situações do cotidiano em que se empregam conhecimentos sobre raios.
