Eletrostática

UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO DO SUL

Departamento de Exatas – DEX

Laboratório de Física II

Professor Carlos Borato

ENGENHARIA DE PRODUÇÃO

(TURMA 2010)

RELATÓRIO DE FÍSICA II

(Projeto I – Eletroscópio)

Componentes:

Caio Vinícius Molina Ferreira

Guilherme Pagliotto

Título:

Eletroscópio

Introdução Teórica:

Eletrostática

Cargas Elétricas

No ano de 600 a.C, os gregos descobriram que, atritando com a lã, o âmbar adquiria a propriedade de atrair outros objetos. Hoje, podemos afirmar que o âmbar adquiria uma carga elétrica ou se tornava carregado. O termo ‘elétrico’ deriva-se da palavra grega elektron, que significa âmbar. Ao arrastar os sapatos por um tapete de náilon, você fica com cargas elétricas e é capaz de carregar eletricamente um pente, atritando-o com o cabelo seco.

Bastões de plástico e um pedaço de peliça (animal ou artificial) são objetos particularmente bons para estudar o fenômeno da eletrostática, que descreve as interações entre cargas elétricas que estão em repouso (ou quase em repouso). A figura 1.a mostra um pedaço de peliça e dois bastões de plástico. Depois de atritados com a peliça, os dois bastões de plástico se repelem.

Quando esfregamos dois bastões de vidro com seda, os bastões de vidro também ficam carregados eletricamente e se repelem (Figura 1.b). Porém, um bastão de plástico carregado atrai um bastão de vidro carregado; além disso, a peliça atrai o bastão de plástico carregado, e a seda, o bastão de vidro carregado (Figura 1.c).

Essas experiências e muitas outras semelhantes mostraram que existem dois tipos de carga elétrica: o tipo de carga elétrica acumulada no bastão de plástico atritado com peliça e o tipo de carga elétrica acumulada no bastão de vidro atritado com seda. Benjamin Franklin (1706-1790) sugeriu denominar, respectivamente, de carga negativa e de carga positiva esses dois tipos de carga elétrica. O bastão de plástico e a seda possuem cargas negativas, e o bastão de vidro e a peliça possuem cargas positivas.

Figura 1

As impressoras a laser constituem um exemplo de aplicação tecnológica das forças entre objetos carregados (Figura 2). Inicialmente, o cilindro fotossensível da impressora recebe uma carga positiva. Quando o cilindro gira, um raio laser ilumina as áreas selecionadas do cilindro, deixando-as com carga negativa. As partículas com carga positiva do toner aderem somente às áreas do cilindro ‘escritas’ a laser. Quando uma folha de papel entra em contato com o cilindro, as partículas de pó aderem à folha, reproduzindo a imagem.

Figura 2

Toda a matéria que conhecemos é formada por moléculas. Esta, por sua vez, é formada de átomos, que são compostos por três tipos de partículas elementares: prótons, nêutrons e elétrons. Os átomos são formados por um núcleo, onde ficam os prótons e nêutrons e uma eletrosfera, onde os elétrons permanecem, em órbita.

Os prótons e nêutrons têm massa praticamente igual, mas os elétrons têm massa milhares de vezes menor. Sendo m a massa dos prótons, podemos representar a massa dos elétrons como:

Ou seja, a massa dos elétrons é aproximadamente 2 mil vezes menor que a massa dos prótons.

Podemos representar um átomo na figura 3:

Figura 3

Eletrização de Corpos:

Em um átomo neutro, o número de elétrons é igual ao número de prótons existentes no núcleo do átomo, e a carga elétrica total é exatamente igual a zero. Quando removemos um ou mais elétrons desse átomo neutro, a carga elétrica positiva resultante constitui um íon positivo. Um íon negativo é obtido quando um átomo ganha um ou mais elétrons. Denomina-se ionização o processo no qual o átomo ganha ou perde elétrons.

Eletrizar um corpo significa basicamente tornar diferente o número de prótons e de elétrons (adicionando ou reduzindo o número de elétrons).

Podemos definir a carga elétrica de um corpo (Q) pela relação:

Q = n.e

Onde:

Q= Carga elétrica, medida em coulomb no SI

n= quantidade de cargas elementares, que é uma grandeza adimensional e têm sempre valor inteiro (n=1, 2, 3, 4 ...)

e= carga elétrica elementar ( )

A eletrostática é basicamente descrita por dois princípios, o da atração e repulsão de cargas conforme seu sinal (sinais iguais se repelem e sinais contrários se atraem) e a conservação de cargas elétricas, a qual assegura que em um sistema isolado, a soma de todas as cargas existentes será sempre constante, ou seja, não há perdas.

Campo Elétrico e Força Elétrica

Uma carga elétrica possui sempre em torno de si um campo elétrico. Esse campo é uma propriedade da carga. Ela sempre traz consigo seu campo, sendo impossível separá-los. Pode-se pensar no campo elétrico como sendo uma parte real, mas não material de uma partícula carregada que a envolve, preenchendo todo o espaço que a circunda. O conceito de campo elétrico podemos entender como sendo uma "aura" que envolve a carga elétrica. Não existe carga elétrica sem campo. Por exemplo, quando damos "um puxão" em uma carga fazemos com que ela se mova, o campo elétrico também é arrastado junto com a carga. O campo elétrico de uma carga é eterno, sendo, por isso, incorreto pensar que uma carga emite