Existe um “mar de elétrons”, você sabia? – Física Enem

Você sabe o que quer dizer “mar de elétrons”? Revise densidade de cargas e entenda a expressão sob o ponto de vista da Física. Revise física para o Enem e para os vestibulares!

Mar de elétrons: Ao estudar química você deve ter ouvido falar sobre ligações metálicas. Você se lembra?

Se não se lembra, com certeza deve ter tomado um choque involuntário em algum momento, certo? Eu, por exemplo, já morei no centro oeste do Brasil, onde a umidade do ar é bem baixa. Lembro-me de um dia ao pegar na maçaneta da porta tomar um choque. Isso já aconteceu com você?

Neste post nós vamos descobrir o porquê destes acontecimentos e o que pode ser um “mar de elétrons”.

FÍSICA-ENEM

Mas antes disso, você pode brincar um pouco de descarregar a energia elétrica com o John Travoltagem: https://phet.colorado.edu/sims/html/john-travoltage/latest/john-travoltage_pt_BR.html

A eletricidade estática está presente no nosso dia a dia e pode ser notada a partir de experiências muito simples, como atritar um balão no cabelo seco ou na lã e tentar grudá-lo na parede, ou ainda, atritar um pente e pegar pedacinhos de papéis sobre uma mesa e mais: no caso do John Travoltagem ele carrega seu corpo atritando seu calçado com o tapete.

1
Balão eletrizado atraindo papeizinhos

Os fenômenos acima citados devem-se ao fato de todos os corpos possuírem um ente físico chamado de carga elétrica, onde cada corpo conduzirá essas cargas de maneira muito própria. Mas por que os metais conseguem conduzir melhor essa diferença de carga elétrica?

Podemos nos lembrar agora das aulas de química onde foi citado uma ligação chamada de ligação metálica. As ligações metálicas acontecem, em geral, nos metais e por este motivo eles conduzem melhor a eletricidade ou troca de cargas.

Devemos nos lembrar que na eletricidade todo o estudo se dá, praticamente, devido ao movimento dos elétrons e, nos metais temos uma imensa quantidade de elétrons fracamente ligados ao núcleo e daí surge o que alguns cientistas chamam de mar de elétrons, pois tem muitos elétrons livres em um metal.

Mas o que isso tem a ver com densidade de carga?

Bem! Agora que sabemos que os bons condutores têm elétrons livres para locomoção, do ponto de vista matemático, é possível calcular quanto de carga que se tem neste metal contando estes elétrons.

Como a quantidade de elétrons são de uma ordem de grandeza difícil de contar, pois não estamos aqui falando de um átomo e sim de alguma quantidade que não podemos contar de maneira qualquer, se torna mais conveniente que contemos a partir da densidade de carga através do tamanho da superfície (área) do material analisado.

Então podemos escrever que:

2onde,

3|densidade superficial de carga [C/m²]

Q| carga elétrica [C]

A | área da superfície analisada []

Exercícios

1- Uma esfera de raio 5 cm é carregada com a carga elétrica de 2 C. Calcular a densidade elétrica superficial.

2- (Uece 2009) Dois condutores elétricos esféricos, de raios e , com  o dobro de , estão eletrizados com densidade de carga  e , de forma que são mantidos no mesmo potencial elétrico V, e se encontram bem distantes um do outro. Podemos afirmar corretamente que

4

5

Os textos e exemplos acima foram preparados pelo professor John Rodnei para o Blog do Enem. John é graduando em Física pela Universidade Federal de Santa Catarina. Dá aulas de Ciências e Física em escolas e cursos pré-vestibulares da Grande Florianópolis desde 2012. Facebook: https://www.facebook.com/john.rodnei/