Eletrostática

Quando os corpos são carregados de eletricidade, manifestam propriedades que são aproveitadas numa infinidade de aplicações práticas. Nesse artigo veremos sobre essas propriedades, como os corpos podem ser carregados de eletricidade e o que acontece quando isso ocorre.

As cargas elétricas acumuladas nos corpos podem tanto ser aproveitadas para o funcionamento de certos dispositivos elétricos e eletrônicos, como ser a causa de problemas de funcionamento.

Assim, além dos dispositivos que fazem uso de cargas elétricas, também temos sistemas de proteção que evitam sua presença, como é o caso das blindagens, os pára-raios e os sistemas de aterramento.

Aqui veremos mais informações como:

• Ionização
• Carga elementar
• Quantidade de cargas
• Propriedades dos corpos eletrizados
• Eletrização

Definição

A eletrostática é o estudo dos efeitos da eletricidade acumulada nos corpos, ou seja, a eletricidade parada, ou estática.

A eletricidade tem origem nas partículas elementares que formam o átomo. Essas partículas são os prótons (carga elétrica positiva) e elétrons (carga elétrica negativa).

Em condições normais, as cargas das partículas dos átomos não se manifestam. Isso ocorre porque as cargas dos elétrons se equilibram com as cargas dos prótons, e a matéria em condições normais é neutra.

Aqui veremos como este equilíbrio pode ser quebrado, de maneira a deixar que a eletricidade se manifeste.

Carga Elementar

Como há de se saber, a matéria em condições normais é neutra, ou seja, existe no átomo igual número de prótons e elétrons. Veja essa demonstração na imagem abaixo em que as cargas elétricas positivas (+) são os prótons no núcleo do átomo e as cargas elétricas negativas (-) são os elétrons na eletrosfera do átomo. O espaço eletrosfera compreende toda a área em volta do núcleo, onde estão localizadas as camadas eletrônicas ou órbitas.

átomo de hélio

A neutralização do átomo se deve ao fato de que apesar de os prótons serem partículas com massa maior que a dos elétrons, a quantidade de carga que contêm é exatamente a mesma. O que muda é apenas a polaridade ou sinal: o próton é positivo e o elétron é negativo.

A carga destas partículas é a menor quantidade de eletricidade que pode existir. Essa carga é chamada de carga elementar.

As cargas elétricas são medidas em Coulombs ( C ), e a carga elementar vale 1,602 . 10^-19 C.

Não existe carga menor que a de um elétron, que é a carga elementar.

Ionização

Os elétrons das últimas camadas de alguns tipos de átomos estão menos presos as suas órbitas do que outros. Isso significa que não precisamos de muito esforço para arrancar estes elétrons de suas órbitas, desequilibrando as forças elétricas que se manifestam no átomo.

Dessa mesma forma, é possível acrescentar elétrons nas últimas camadas de certos átomos, de modo que eles passem a ter um excesso dessas partículas.

Quando um átomo perde um elétron, passam a predominar as cargas positivas (existe um próton a mais). Da mesma forma, quando um átomo ganha um elétron, passam a predominar as cargas negativas (existe um elétron a mais).

Nestas condições, os átomos com excesso ou falta de elétrons estão ionizados. O átomo com falta de elétrons é um íon positivo, enquanto o átomo com excesso de elétrons é um íon negativo.

Assim, portanto, podemos quebrar o equilíbrio elétrico dos átomos dos corpos, fazendo com que os efeitos da eletricidade apareçam.

Quando a intenção é fazer com que as forças elétricas apareçam num átomo, podemos tirar ou acrescentar elétrons, mas nunca interferir no número de prótons, pois estes estão presos ao núcleo de modo extremamente firme.

Quantidade de Carga

Quando retiramos ou acrescentamos elétrons de um corpo, este se torna eletrizado, produzindo efeitos que dependem da quantidade de cargas que foram movimentadas. Esta quantidade de cargas depende da quantidade de elétrons que são acrescentados ou removidos.

Como citamos, para medir a quantidade de cargas de um corpo (sejam elas negativas ou positivas), usamos a unidade Coulomb, abreviada por C.

Como o Coulomb é uma unidade muito grande, é comum expressarmos a quantidade de cargas de um corpo em milionésimos de Coulomb, ou Microcoulombs (mC ou uC respectivamente).

Eletrização

Quando um corpo, devido à remoção ou acréscimo de elétrons, tem excesso ou falta de cargas negativas, dizemos que este corpo está eletrizado.

Os corpos eletrizados possuem propriedades importantes que veremos a seguir. Uma dessas propriedades são as forças de repulsão e de atração.

Vejamos agora as propriedades das cargas elétricas ou dos corpos eletrizados:

- 1ª Propriedade - Há duas variedades de cargas. Nessa propriedade adotou-se a chamar as partículas do núcleo do átomo de próton e as partículas que giram ao redor do núcleo de elétron. E assim por convenção temos carga elétrica positiva para o próton e carga elétrica negativa para o elétron. Carga de mesma polaridade se repelem e de polaridade oposta se atraem. Dessa forma os elétrons dos átomos, por terem carga negativa, são atraídos pelos prótons, que tem carga positiva, mantendo os elétrons em órbita do núcleo do átomo.

- 2ª Propriedade – A carga elétrica é quantizada. Para essa propriedade vejamos alguns exemplos que ajudarão a entender sobre a quantização da carga. Uma certa quantidade de água em um copo é constituída por moléculas de H2O. Ao olharmos o copo não conseguimos identificar a molécula. Nesse caso dizemos que as moléculas de água formam uma distribuição contínua. Já uma certa quantidade de areia em um monte é constituída de um punhado de grãozinhos. Nesse caso ao olharmos para o monte de areia conseguimos identificar cada um dos grãos componentes do monte. Chamamos a este grão de quantum e dizemos, neste caso, que os grãozinhos formam uma distribuição discreta. A carga elétrica aparece na natureza em múltiplos inteiros de um único valor unitário, como já citado, chamado de carga elementar e seu valor é : e = 1,6 . 10^-19 Coulombs. Um corpo carregado significa ter ele um excesso ou falta de carga elementar. Todas as partículas elementares eletrizadas têm cargas de magnitudes rigorosamente iguais. Não existem cargas menores que a do próton ou do elétron.

- 3ª Propriedade – A carga elétrica é conservada. Essa propriedade trata de que a soma algébrica de todas as cargas existente em um sistema isolado permanece sempre constante. Trata-se de uma lei de conservação universal, não existindo nenhuma experiência que viole este princípio.

Referências: Tecset Eletrônica
Texto: Tecset Eletrônica
Imagens: Tecset Eletrônica