Os princípios da Eletrostática – Revisão de Física vestibular e Enem.

Nesta aula você vai conhecer o estudo dos fenômenos elétricos, em especial o da Eletrostática. A eletricidade é um fenômeno presente em nosso cotidiano e sem ela nossas cidades parariam, as comunicações seriam interrompidas e nossa rotina diária seria profundamente alterada. Como seria viver em um mundo sem a eletricidade como a conhecemos hoje?

As primeiras experiências de que se tem notícia no campo da eletricidade ocorreram na Grécia Antiga. Numa dessas experiências, um bastão de âmbar (uma resina vegetal fossilizada) era esfregado em um pedaço de tecido e, após isso, o bastão de âmbar adquiria a capacidade de atrair pedacinhos de palha seca. Âmbar em grego é élektron, o que explica a origem da palavra “eletricidade”.

Mas, o que é Eletricidade? – Veja a a constituição dos átomos – Corpos eletrizados

Como sabemos, toda a matéria é constituída por átomos. Os átomos são compostos basicamente de prótons, nêutrons e elétrons. No modelo de átomo planetário, apresentado em 1911 por Ernest Rutherford (1871-1937), prótons e nêutrons estão concentrados formando o núcleo em uma diminuta região central do átomo. Os elétrons, em constante movimentação, distribuem-se ao redor do núcleo numa região denominada eletrosfera.

Prótons, nêutrons e elétrons são partículas dotadas de massa. Além de massa, os prótons e os elétrons têm carga elétrica, uma propriedade associada às partículas fundamentais que constituem o átomo.

 Cargas Elétricas

Verifica-se que a carga elétrica do próton e a do elétron têm o mesmo valor, variando apenas o seu sinal. Esse valor é denominado carga elétrica fundamental e costuma ser representado por e.

O nêutron, por não apresentar efeitos elétricos, é considerado desprovido de carga elétrica.

No Sistema Internacional de Unidades, a carga elétrica é medida em coulombs (símbolo C), em homenagem ao físico francês Charles Augustin Coulomb (1736-1806).

 No SI, a carga elétrica fundamental e vale:

Temos então:

É muito comum utilizarmos os submúltiplos do coulomb (C):

1 mC = 1 milicoulomb = 10–3 C 1	C = 1 microcoulomb = 10–6 C
1 nC = 1 nanocoulomb = 10–9 C	1 pC = 1 picocoulomb = 10–12 C

 Normalmente, um corpo qualquer apresenta o número de prótons igual ao número de elétrons e dizemos que o corpo está eletricamente neutro, ou simplesmente neutro. Nesse caso, ele terá carga elétrica total nula.

Por outro lado, se o corpo apresenta número de prótons diferente do número de elétrons, dizemos que ele se encontra eletrizado, isto é, o corpo tem carga elétrica total diferente de zero. Assim, eletrizar um corpo significa tornar diferente o número de prótons do número de elétrons do corpo.

 É importante destacar que podemos alterar apenas o número de elétrons do corpo, nunca o número de prótons.

 Assim, podemos ter:

Corpo eletrizado negativamente, quando ele se apresentar com excesso de elétrons ou corpo eletrizado positivamente, quando ele se apresentar com falta de elétrons.

Se chamarmos de n ao número de elétrons em excesso ou em falta no corpo, então, a quantidade de carga elétrica, ou simplesmente, a carga elétrica desse corpo, representada por Q, será:

O sinal (+) é usado quando o corpo apresenta falta de elétrons, e o sinal (–), quando o corpo apresenta excesso de elétrons.

Essa relação também mostra-nos que a carga elétrica é uma grandeza quantizada, ou seja, se apresenta apenas em quantidades discretas, que são sempre múltiplos inteiros da carga elementar e: ±1,6•10–19 C, ± 3,2•10–19 C, ± 4,8•10–19 C,

± 6,4•10–19 C,…

É importante, nesse ponto, estabelecermos uma distinção entre os corpos condutores de eletricidade e os corpos não condutores de eletricidade, também chamados isolantes.

Nos metais – ouro, prata, cobre, alumínio, ferro – os elétrons que ocupam a camada de valência do átomo podem se desprender do átomo com relativa facilidade. Tais elétrons são chamados elétrons livres.

Estes elétrons livres podem transitar através do material passando de um átomo para outro átomo vizinho. Esses materiais, cujos átomos possuem elétrons fracamente ligados ao núcleo, são denominados condutores de eletricidade. As soluções iônicas, os gases ionizados e o corpo humano também são condutores de eletricidade.

Por outro lado, os materiais que não possuem elétrons livres ou os possuem em pequeníssima quantidade são isolantes. Como exemplo, podemos citar o vidro, os plásticos, a borracha, a madeira seca, a lã, o ar e muitos outros.

Dicas do Blog do Enem

1 – Revise sobre a Segunda Lei da Termodinâmica nesta aula preparatória para a prova de Física Enem – https://blogdoenem.com.br/segunda-lei-termodinamica-fisica-enem/

 2 – Saiba tudo sobre as Transformações Cíclicas dos gases em mais uma aula de revisão para a prova de Física Enem – https://blogdoenem.com.br/transformacao-ciclica-de-um-gas-fisica-enem/

Os princípios da eletrostática

Todo o estudo da eletricidade norteia-se por dois princípios: o princípio da atração e da repulsão e o princípio da conservação das cargas elétricas.

 • Princípio da atração e da repulsão

Experimentalmente, observa-se que:

Cargas elétricas de mesmo sinal se repelem e cargas elétricas de sinais opostos se atraem.

• Princípio da conservação das cargas elétricas

Consideremos um sistema de corpos que não recebe e nem cede cargas elétricas para o exterior. Dizemos então que este sistema de corpos é um sistema eletricamente isolado.

O princípio da conservação das cargas elétricas estabelece que:

Em um sistema eletricamente isolado, a soma algébrica das cargas positivas e negativas é sempre constante.

Os processos de eletrização

Sabemos que eletrizar um determinado corpo significa tornar diferentes o número de elétrons e o número de prótons do corpo. Podemos eletrizar um corpo por três processos distintos: por atrito, por contato e por indução.

 • A eletrização por atrito

No início deste capítulo dissemos que já na Grécia Antiga se observavam fenômenos elétricos: após esfregar um bastão de âmbar em um pedaço de tecido, o bastão de âmbar adquiria a capacidade de atrair pedacinhos de palha seca. Isso ocorria porque o bastão de âmbar se eletrizava.

Para provocar uma eletrização por atrito, também chamada triboeletrização, basta que dois corpos de materiais diferentes, inicialmente neutros, sejam esfregados um no outro.

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Durante a esfregação de um material contra o outro, elétrons são retirados de um dos materiais e transferidos para o outro. Observe que, pelo princípio da conservação das cargas elétricas, as cargas elétricas adquiridas pelos dois corpos terão sinais opostos, mas um mesmo valor (em módulo).

• A eletrização por contato

Na eletrização por contato, a eletrização é conseguida pelo simples contato de um corpo neutro, o corpo A, com um corpo previamente eletrizado, o corpo B. Verifica-se que após esse contato, o corpo neutro acaba por eletrizar-se com carga de mesmo sinal da do corpo previamente eletrizado.

Esse processo de eletrização é particularmente importante no caso de os corpos serem condutores de eletricidade.

Consideremos, por exemplo, duas esferas metálicas idênticas, A e B, com A neutra e B eletrizada negativamente e, portanto, com excesso de elétrons.

Quando do contato da esfera B com a esfera A, parte dos elétrons em excesso da esfera B passam para a esfera A. Após a separação das esferas, ambas estarão eletrizadas negativamente.

Note que, durante seu contato com a esfera A, se a esfera B estivesse eletrizada positivamente (com falta de elétrons) elétrons passariam da esfera A para a esfera B. Assim, a esfera A acabaria por se eletrizar positivamente.

Convém ressaltar que, pelo princípio da conservação das cargas elétricas:

Dessa maneira, se os corpos A e B são esferas condutoras idênticas, então, a carga inicial do sistema distribui-se igualmente entre elas e, ao final, cada esfera terá uma carga elétrica igual à metade da carga total inicial.

• A eletrização por indução

A indução eletrostática é o fenômeno de “separação” das cargas elétricas de um corpo. Vamos analisar com mais detalhes este fenômeno elétrico.

Consideremos uma esfera A, previamente eletrizada, e uma esfera B, metálica e inicialmente neutra, na qual provocaremos a indução eletrostática. A esfera A, que provocará a indução na esfera B, é denominada indutor; a esfera B que sofrerá a indução eletrostática é denominada induzido.

Quando essas esferas são aproximadas uma da outra, mas sem que haja contato entre elas, elétrons da esfera neutra são atraídos ou repelidos, dependendo da carga do indutor.

Após ter ocorrido a separação de cargas elétricas na esfera B, neutra, podemos eletrizá-la, ainda na presença do indutor, bastando para isso ligá-la à Terra por meio de um fio condutor, o chamado fio–terra. Dizemos, então, que o induzido foi “aterrado”.

Como a Terra é muito grande, e condutora, ela pode facilmente aceitar ou doar elétrons ao induzido, dependendo apenas do sinal da carga do indutor. A Terra funciona, assim, como um grande reservatório de cargas elétricas.

No caso apresentado acima, elétrons descerão pelo fio-terra repelidos pelas cargas negativas do indutor (figura A). A seguir, ainda na presença do indutor, é desfeita a ligação à Terra (Figura B). Finalmente, o indutor é afastado do induzido, e as cargas elétricas deste espalham-se pela superfície (Figura C).

Aula Gratuita

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Exercícios

Questão 1

(Fuvest–SP) A lei de conservação da carga elétrica pode ser enunciada como segue:

a) A soma algébrica dos valores das cargas positivas e negativas em um sistema isolado é constante.

b) Um objeto eletrizado positivamente ganha elétrons ao ser aterrado.

c) A carga elétrica de um corpo eletrizado é igual a um número inteiro multiplicado pela carga do elétron.

d) O número de átomos existentes no universo é constante.

e) As cargas elétricas do próton e do elétron são, em módulo, iguais.

Questão 2

(UFMG) Um estudante atrita uma barra de vidro com um pedaço de seda e uma barra de borracha com um pedaço de lã. Ele nota que a seda e a lã se atraem, o mesmo acontecendo com o vidro e a borracha. O estudante conclui que esses materiais se dividem em dois pares que têm cargas do mesmo tipo. Com base nesses dados, pode-se afirmar que:

a) a conclusão do estudante está errada.

b) esses pares são o vidro com a borracha e a seda com a lã.

c) esses pares são o vidro com a lã e a seda com a borracha.

d) esses pares são o vidro com a seda e a borracha com a lã.

Questão 3

(FAAP – SP) Três esferas metálicas, idênticas, eletricamente neutras, são munidas de hastes suportes verticais isolantes. Eletriza-se a esfera B com carga Q = 16 μC. Faz-se o contato entre as esferas A e B; após realiza-se o contato entre as esferas A e C e finalmente o contato entre B e C. Podemos afirmar que a distribuição final de carga para a esfera C será:

a) QC = 4 μC

b) QC = 8 μC

c) QC = 6 μC

d) QC = 16 μC

e) QC = 2 μC

Questão 4

(Cefet–PR) Duas esferas metálicas inicialmente eletrizadas com cargas 10 μC e –2 μC são postas em contato. Após o equilíbrio eletrostático, as esferas são separadas. Percebe-se que a primeira fica com carga de 5 μC e a outra com 3 μC. É correto afirmar que, durante o contato, a segunda esfera:

a) recebeu 3 μC de prótons.

b) perdeu 2 μC de elétrons.

c) perdeu 5 μC de elétrons.

d) recebeu 5 μC de prótons.

e) perdeu 3 μC de prótons.

Questão 5

(Mackenzie–SP) Considere as afirmações abaixo:

I. Um corpo, ao ser eletrizado, ganha ou perde elétrons.

II. É possível eletrizar uma barra metálica por atrito segurando-a com a mão, pois o corpo humano é de material semicondutor.

III. Estando inicialmente neutros, atrita-se um bastão de plástico com lã, consequentemente esses dois corpos adquirem cargas elétricas de mesmo valor e naturezas (sinais) opostas.

Escolha:

a) se somente I estiver correta.

b) se somente II estiver correta.

c) se somente III estiver correta.

d) se II e III estiverem corretas.

e) se I e III estiverem corretas.