Cargas Elétricas - Física III

...

Descarregou-se o bastão de vidro passando a mão por todo o conjunto. Segurou-se o bastão pela parte isolante e encostou-se a parte metálica do bastão nas placas metálicas dos eletroscópios. Depois, segurando o bastão diretamente pela parte metálica e o mesmo foi encostado, novamente, nas placas dos eletroscópios.

Por fim, as placas dos eletroscópios foram tocadas novamente e repetiu-se o quarto item, aproximando o bastão carregado e tocando com o dedo um dos eletroscópios.

V. Resultados

1) O que acontece quando atritamos a barra?

A barra de vidro é um material isolante, dessa forma a mobilidade das cargas elétricas não acontece com facilidade. Assim, quando atrita-se o bastão de vidro com o papel, por meio do processo de eletrização por contato, ocorre fluxo de elétrons de um material para o outro.

A quantidade liquida de cargas ganhadas e perdidas é a mesma para ambos os corpos, porém com sinais opostos. Como o papel encontra-se abaixo do vidro na Série Triboelétirca, ou seja, esse tende a ficar negativo, os elétrons passaram do vidro para o papel. Assim, o papel fica com excesso de elétrons e adquire carga negativa, enquanto o vidro por sua vez, irá conter cargas positivas.

2) Justifique a reação observada no eletroscópio para item da observação.

Experiência 2 – Ao aproximar o bastão, a haste de alumínio levanta, ficando de forma praticamente ortogonal em relação a haste de ferro acoplada a mesma. Isso indica que houve repulsão entre as hastes. .

Ao aproximar o bastão de vidro carregado positivamente, os elétrons da estrutura metálica do eletroscópio são atraídos para parte superior da placa metálica do eletroscópio por meio do processo de indução. Assim, ocorre uma densidade de cargas negativas momentaneamente. Com o deslocamento dos elétrons, a parte de baixo que contém as hastes de ferro e alumínio, apresenta um déficit de elétrons e, por essa razão encontram-se positivas, o que automaticamente resultará em uma força de repulsão entre as mesmas, fazendo com que a folha de alumínio se desloque.

Experiência 3 – Como explicado anteriormente, ao aproximarmos o bastão, ocorre o processo de eletrização por indução e as hastes se separam. Ao colocarmos o dedo, a folha de alumínio volta a posição inicial. Esse fato ocorre, pois o dedo funciona como um fio condutor, através do qual os elétrons da superfície do dedo são transferidos para as folhas metálicas, as quais estavam carregadas positivamente, neutralizando as mesmas, o que faz com que elas se juntem. Esse processo é conhecido como aterramento.

Ao retirar o dedo, haverá um excesso de cargas negativas no eletroscópio que serão atraídas para a superfície metálica do mesmo devido a presença de cargas positivas presentes no bastão, fazendo com que ocorra novamente o processo de indução e as hastes se separem, uma vez que, ocorre a repulsão entre as cargas positivas.

Ao retirar o bastão, as folhas metálicas tendem a reduzir sua abertura, pois as cargas negativas que estavam na placa metálica descem para as hastes, porém há excesso de cargas negativas, o que gera novamente repulsão entre as hastes e essas se separam, contudo menos que anteriormente, uma vez que a densidade de carga é menor.

Experimento 4 – Considere o eletroscópio mais próximo do bastão de vidro como A e o mais distante como B.

Ao aproximar o bastão de vidro carregado positivamente, o mesmo induz uma separação de cargas no eletroscópio, onde a placa metálica irá se tornar negativa e as hastes metálicas positivas. Dessa forma, os elétrons presentes na placa metálica do eletroscópio A, por estarem sobre o efeito da indução, não conseguem eletrizar por contato o eletroscópio B. Automaticamente, os elétrons da superfície do eletroscópio B migram para o eletroscópio A, afim de equilibrar as cargas presentes nas hastes metálicas. Dessa forma, as hastes metálicas do eletroscópio B, também abrem, porém menos que as do eletroscópio A, porque a densidade de carga ali presente é menor.

De forma simplificada podemos supor, sem perda de generalidade, que a superfície metálica do equipamento A conterá uma densidade de cargas Q negativas, enquanto as hastes terão concentração de Q cargas positivas. Pela presença do bastão, as cargas negativas terão sua mobilidade reduzida, dificultando o processo de eletrização por contato com o eletroscópio B. Dessa forma, uma quantidade de cargas negativas do eletroscópio B passa para o eletroscópio A com o intuito de equilibrar as cargas positivas presentes no mesmo. Entretanto, a quantidade de carga que passa tem um valor correspondente a -Q/2, visto que no processo de contato entre dois corpos a carga é igualmente distribuída pelos dois. Esse fato faz com que as hastes metálicas do eletroscópio B apresentem carga positiva igual a +Q/2 e se abram menos que as do eletroscópio A.

Experimento 5 - Ao separar os eletroscópios, o eletroscópio B, estará carregado positivamente, com carga +Q/2, por isso suas hastes continuam afastadas. O eletroscópio A, por sua vez, estará com excesso de cargas negativas. Porém devido a ação do bastão, essas cargas ficam concentradas na superfície metálica.

Ao retiramos o bastão, as cargas negativas em excesso descem para equilibrar as cargas positivas das hastes. Entretanto, ocorre uma redistribuição das cargas negativas –Q/2 resultantes do processo de contato, fazendo com que as hastes não se fechem totalmente.

Experimento 6 - Ao aproximarmos o bastão, o eletroscópio B, terá um excesso de cargas positivas localizadas nas hastes, uma vez que cargas negativas serão induzidas para a superfície metálica. No eletroscópio A, as cargas negativas que estão sob o eletroscópio serão induzidas para a superfície metálica. Com isso, as hastes fecham-se momentaneamente mas tornam a abrir, apenas um pouco, devido ao excesso de cargas negativas que estarão presentes na placa.

Ao retiramos o bastão, e encostarmos as placas metálicas dos dois eletroscópios, ambos irão se neutralizar, porque ocorrerá o equilíbrio de cargas por meio do fluxo de elétrons.

Experimento 8 - Ao tocarmos as placas dos eletroscópios com a parte metálica do bastão, o ângulo entre as hastes começa a diminuir, pois ocorre fluxo de elétrons entre o metal e o eletroscópio com o intuito de neutralizar este equipamento. As cargas elétricas negativas presentes no metal são transferidas para as hastes metálicas que apresentavam déficit