Relatório Sobre Eletrostática

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- Introdução

A eletrostática é o ramo da Física responsável por efetuar o estudo, descrição e análise dos elétrons, prótons e nêutrons em seu estado de repouso, dando especial ênfase aos elétrons e sua carga elétrica. Estudando desde as cargas elétricas, até os fenômenos eletrostáticos, como por exemplo, os campos eletrostáticos.

O estudo da eletrostática teve início desde que uma resina fóssil petrificada chamada âmbar foi encontrada por Thales de Mileto (580 – 546 a.C). Atritando a resina em uma pele de animal, ele observou que era possível atrair pequenos corpos leves como sementes secas de grama, pena, etc.

Diversos cientistas e também amantes da física, que tiveram cada um, sua importância na eletrostática, continuaram os estudos iniciados por Thales. Entre eles, Willian Gilbert, médico inglês em 1600, que inventou o que seria fundamental para o desenvolvimento da eletricidade, o pêndulo elétrico, e denominou o evento de atração dos corpos de eletricidade. Também foi ele quem descobriu que outros objetos, ao serem atritados com o âmbar, também se eletrizam, e por isso chamou tais objetos de elétricos.

A evolução da invenção de Gilbert aconteceu quando Otto Von Guericke observou, através de suas anotações, a repulsão entre cargas elétricas de mesmo sinal. Mas o fenômeno de atração e repulsão entre as cargas foi demonstrado por Charles Dufay.

Naquela mesma época, o norte-americano Benjamin Franklin (1706-1790), também contribuiu para o avanço nos estudos eletrostáticos. Ele acreditava na transferência de cargas elétricas de um corpo a outro, e comprovou isto empinando uma pipa entre nuvens carregadas durante uma tempestade, experimento totalmente desaconselhável em razão de sua periculosidade. Foi quem convencionou os sinais negativos (-) e positivo (+) para as cargas elétricas.

No fim do século XVIII, o francês Charles August de Coulomb, utilizando uma balança de torção, observou o fenômeno da força elétrica, definindo-o então como a lei da força elétrica, conhecida como lei de Coulomb. [pic 5]

A partir da lei da força elétrica, diversos outros estudos foram feitos, chegando a conceitos também importantes como a introdução de campo e potencial elétricos, capacitância, teorias desenvolvidas por Gauss, Laplace e Poisson.

As contribuições para o então entendimento sobre a natureza da eletricidade tem se aprofundado desde o século XIX, quando a ideia do átomo como elemento constituinte da matéria foi aceita no século XX – o modelo atômico de Rutherford (1871 – 1937) e, com ela, a convicção de que a eletricidade é uma propriedade de partículas elementares que compõem o átomo (elétrons, prótons e nêutrons). [pic 6]

Por volta de 1960, foi proposta a existência de seis pares de partículas elementares dotadas de carga elétrica – os quarks, que compõem outras particularidades como os prótons que, então, deixam de ser elementares.

Os estudos dos fenômenos eletrostáticos também revelaram a interação existente entre a eletricidade e o magnetismo.

Graças a tanto estudo e dedicação de todos esses cientistas, hoje podemos usufruir de tanta tecnologia, comodidade e uma melhor qualidade de vida.

Veremos agora as bases teóricas que contribuem para o estudo da eletrostática.

- Fundamentação Teórica

- Carga Elétrica

A ideia do átomo como constituinte elementar da matéria tornou-se definidamente aceita desde o início do século XX. E, com ela, a convicção de que a eletricidade deve à carga elétrica, uma propriedade de partículas elementares que compõem o átomo: os elétrons, partículas que contem a carga elementar negativa, dispositivos em camadas que se assemelham a nuvens que envolve o núcleo de átomo, e os prótons, partículas de carga elétrica positiva, localizados no núcleo.

No Sistema Internacional de Unidades (SI), a unidade de carga elétrica é o coulomb (C). O próton e o elétron, em módulo, possuem a mesma quantidade de carga elétrica. O valor da carga do próton e do elétron é denominado quantidade de carga elementar (e) e possui o valor de:

[pic 7]

Como 1 C é uma quantidade de carga elétrica muito grande, é comum a utilização dos seus submúltiplos:

1 mC (milicoulomb) = C[pic 8]

1 μC (microcoulomb) = C[pic 9]

1 nC (nanocoulomb) = C[pic 10]

A quantidade de carga elétrica total (Q) será sempre um múltiplo inteiro (n) vezes o valor da carga elementar (e). Essa quantidade de carga pode ser determinada através da seguinte expressão:

, onde n é o número de elétrons e , é a carga elementar.[pic 11][pic 12]

Geralmente quando um corpo qualquer apresenta o número de prótons igual ao de elétrons dizemos que esse corpo está eletricamente neutro, ou seja, o corpo possui carga total igual a zero. Portanto, quando o corpo apresenta número de prótons diferente do número de elétrons, dizemos que o corpo se encontra eletrizado, ou seja, o corpo apresenta carga elétrica diferente de zero.

A eletrostática é basicamente descrita por dois princípios, o da atração e repulsão de cargas conforme seu sinal (sinais iguais se repelem e sinais contrários se atraem) e a conservação de cargas elétricas, a qual assegura que em um sistema isolado, a soma de todas as cargas existentes será sempre constante, ou seja, não há perdas.

Considera-se um corpo eletrizado quando este tiver número diferente de prótons e elétrons, ou seja, quando não estiver neutro. O processo de retirar ou acrescentar elétrons a um corpo neutro para que este passe a estar eletrizado denomina-se eletrização. Alguns dos processos de eletrização mais comuns são por: atrito, indução e por contato.

No processo de eletrização por atrito, ocorre quando atritamos dois corpos de substâncias diferentes (ou não), inicialmente neutros, e haverá transferência de eletros de um corpo para o outro, de tal forma que um corpo fique eletrizado positivamente (cedeu elétrons), e outro corpo fique eletrizado negativamente (ganhou elétrons). A eletrização por atrito é mais forte quando é feita por corpos isolantes, pois os elétrons permanecem nas regiões atritadas.

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