O que acontece quando colocamos em contato com a Terra um corpo eletricamente carregado?

Processo de eletrização

Aqui começa o estudo da Eletrostática, a parte da Física que estuda as propriedades elétricas das partículas em repouso (por isso o -estática).

Carga elementar

Através de diversas experiências, foi determinado que a carga de elementar, que seria o valor da carga de um unico próton ou eletron, tendo como valor:

e = ±1,6 . 10-19C

Sendo negativo para o eletrons (e = 1,6 . 10-19C) e a carga do próton é (e = -1,6 . 10-19C). Notou o “C” na unidade? A unidade padrão do SI para a cargas elétricas é o Coulomb (símbolo: C). Como um corpo não pode ter “meio elétron” ou qualquer outra fração de elétron, a quantidade de carga em um corpo é dada pela relação:

Q = n.e

Onde “n” é um número inteiro (número de elétrons do corpo) e “e” é a carga elétrica elementar.

Quando dizemos que um corpo esta elétricamente carregado, quer dizer que ele ta com excesso de elétrons ou a falta deles. Quando um corpo  tem excesso de elétrons, ele apresenta valor de carga negativo. Quando um corpo tem falta de elétrons, ele apresenta valor de carga positiva. Mas é o próton? Como o próton esta presente dentro do núcleo, não conseguimos alterar a quantidade de prótons existentes em um atômo (nem aconselhamos tentar...)

Interação entre cargas

Digamos que você tenha um corpo eletricamente carregado. Quando você expoe esse corpo a um outro corpo eletricamente carregado, pode se observar uma interassão. É bem simples, cargas de sinais opostos se atraem e sinais iguais se repelem. Lembrando: O que irá determinar se um corpo está carregado positivamente ou negativamente é o fato dele possuir elétrons em falta ou em excesso, respectivamente.

Processos de eletrização

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

• Eletrização por atrito: Ocorre quando atritamos (ou esfregar) dois corpos, inicialmente neutros, e haverá transferência de elétrons de um corpo para o outro. Dessa maneira, quem perdeu os elétrons ficará eletrizado positivamente e quem ganhou ficará negativamente. 

Figura 02 – Eletrização por atrito.

O que irá determinar qual corpo ficará positivo e qual corpo ficará negativo é o material dos corpos atritados. Normalmente, as questões monstram qual corpo ficou positivo e qual ficou negativo atraves de uma  tabela chamada série triboelétrica. Para você ter uma ideia do que é isso, colocamos uma logo abaixo.

• Eletrização por contato: Considere duas esferas, uma carregada negativamente e outra neutra. A que está carregada possui um potencial maior, logo, como tudo na natureza tende a entrar em equilíbrio, quando encostamos uma na outra, as cargas de quem tem maior potencial passam para a que tem menor potencial.  Aqui não é necessário atritar um corpo com o outro, apenas um simples toque já basta para que haja a interação elétrica. Mas lembre-se que um dos corpos deve, obrigatoriamente, estar carregado positivamente ou negativamente e que a carga final dos corpos será a média aritmética entre as cargas iniciais deles.

Figura 03 – Eletrização por contato.

• Eletrização por indução: Ao aproximarmos uma esfera carregada de uma neutra (sem haver contato entre elas), as cargas, naturalmente, se separam, devido a cargas de sinais iguais se repelirem e de opostos se atraírem.  Se ligarmos um condutor na esfera B até a Terra, as cargas negativas, que foram repelidas, escoarão até a Terra, deixando a esfera B carregada positivamente.

Figura 04 – Eletrização por indução.

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.

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.

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:

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.

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:

• Lei de Coulomb
• Carga Elétrica - Exercícios
• Campo Elétrico
• Potencial Elétrico
• Eletricidade
• Eletrodinâmica
• Fórmulas de Física
• Eletrostática: Exercícios
• Força elétrica: o que é e como usar a fórmula

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

Ver Resposta

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:

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.

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

Ver Resposta

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

Bacharel em Meteorologia pela Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ) em 1992, Licenciada em Matemática pela Universidade Federal Fluminense (UFF) em 2006 e Pós-Graduada em Ensino de Física pela Universidade Cruzeiro do Sul em 2011.

O que acontece quando colocamos em contato com a Terra um corpo eletricamente carregado por meio de um fio condutor?

O que acontece quando ligamos ao solo um corpo eletricamente carregado?

O que ocorrerá se ligarmos um condutor eletrizado a terra justifique?

Quando é que um corpo está eletricamente neutro?