A ELETROSCOPIO DE FOLHAS

OBJETIVO

No relatório a seguir será apresentado o Eletroscópio de Folhas, desde a sua construção bem como o seu funcionamento e teorias associadas. Estudaremos o comportamento das cargas elétricas e do corpo eletrizado, lei de Gauss e lei de Coulomb, processos de eletrização por atrito, indução, contato e os princípios da conservação das cargas elétricas. Serão apresentados os processos de eletrização e procedimentos para determinar se um corpo está ou não eletrizado.

INTRODUÇÃO TEÓRICA

Os átomos da matéria são formados de uma quantidade muito grande de partículas. As mais conhecidas, e que iremos abordar neste estudo são: os Prótons (cargas positivas), os Elétrons (cargas negativas) e os Nêutrons (cargas nulas), conforme a Figura 1 abaixo. Quando o número de prótons e elétron em um átomo são iguais, este permanece neutro. Quando esta condição ocorre, ela é chamada de Equilíbrio Eletroestático.

Quando um corpo possui mais prótons que elétrons, dizemos que ele se encontra carregado positivamente. Quando ele possui mais elétrons que prótons está carregado negativamente.

Figura 1

Apesar da figura acima, nos mostrar um átomo em Equilíbrio Eletroestático, este equilíbrio, pode ser desfeito através do processo de Eletrização, que veremos mais adiante.

A Carga Elétrica é uma propriedade fundamental da física, que determina as interações eletromagnéticas.

Podemos definir o módulo da carga elétrica de um corpo (Q) pela equação abaixo:

Q = n.e

Sendo:

Q = Carga elétrica total de um corpo;

n = número de elétrons perdidos ou recebidos;

e = 1,6.10-19 Coulomb(C)

A eletroestática é descrita basicamente por dois princípios, o da atração e da repulsão conforme seus sinais (Figura 2) e a conservação das cargas elétricas, que garante que em um sistema isolado, a soma de todas as cargas existentes será sempre constante, isto é, não existirão perdas. Duas cargas positivas ou duas cargas negativas se repelem. Uma carga positiva e uma carga negativa se atraem.

Figura 2

O Processo de Eletrização pode ocorrer de três maneiras. São elas: atrito, contato e indução. Destas maneiras podemos carregar os corpos positivamente ou negativamente, tornando diferente o número de prótons e elétrons.

Eletrização por atrito: A forma mais simples de eletrizar um corpo é atritá-lo com um material de composição diferente (Figura 3). Gerada a fricção, elétrons irão abandonar um dos corpos, aquele que perder elétrons ficará carregado positivamente, já aquele que ganhar as cargas negativas ficará carregado negativamente.

Figura 3

Eletrização por contato: A eletrização por contato, diferentemente da eletrização por atrito, necessita de pelo menos um dos corpos carregado eletricamente (Figura4).

Aproxima-se o condutor positivo do condutor neutro até que ocorra o contato entre eles (Figura 5). 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 (Figura 6). Separando-se os dois condutores, eles estarão com cargas de mesmo sinal.

Eletrização por indução: Esse tipo de eletrização pode ocorrer apenas pela aproximação entre um corpo eletrizado e um corpo neutro, sem que entre eles aconteça qualquer tipo de contato. E pode ser representado em três etapas.

A primeira em que um bastão eletrizado é aproximado de um condutor inicialmente neutro (Figura 7), pelo princípio de atração e repulsão, os elétrons livres do induzido são atraídos/repelidos dependendo do sinal da carga do indutor.

No segundo passo é ligamos o induzido à terra, ainda na presença do indutor (Figura 8).

O terceiro passo, desliga-se o induzido da terra, fazendo com que sua única carga seja a do sinal oposto ao indutor. Após pode-se retirar o indutor das proximidades e o induzido estará eletrizado com sinal oposto à carga do indutor e as cargas se distribuem por todo o corpo (Figura 9)

Figura 9

Série Triboelétrica

A série triboelétrica foi criada para classificar os materiais que se eletrizam por atrito, quanto à facilidade de trocarem cargas elétricas. Série triboelétrica é, portanto, o termo utilizado para designar uma listagem de materiais em ordem crescente quanto à possibilidade de perder elétrons. Ou seja, quanto maior a facilidade em adquirir cargas positivas, mais alta é a posição que ocupa na tabela. É o caso do atrito entre lã e PVC. Deste modo, foram classificados conforme o quadro abaixo.

Tabela 1

Nota-se então que a otimização na transferência de cargas elétricas acontece quando são atritados corpos dos extremos do quadro. Ou seja, quando são atritados aquele que ocupa a posição mais alta da tabela com o que ocupa a posição mais baixa da tabela. Isto é uma consequência da conservação das cargas elétricas, pois os elétrons perdidos pelos corpos do topo do quadro são absorvidos pelos corpos da posição mais baixa da tabela. O atrito de um corpo com o vizinho imediatamente abaixo ou imediatamente acima, segundo esta classificação, é menos favorável à troca de elétrons.

Lei de Coulomb

Charles Augustin de Coulomb (1736-1806) estudou as forças de interação entre partículas carregadas em 1784. Ele usou uma balança de torção (Figura 10) para estudar a força de interação gravitacional, que é muito mais fraca que a elétrica. Para cargas puntiformes, corpos carregados muito menores que a distância r que os separa, Coulomb verificou que a força elétrica entre eles é proporcional a 1/r²·

A força elétrica entre dois corpos também depende da carga existente em cada corpo. Para explorar essa dependência, Coulomb dividiu