domingo, 12 de agosto de 2012

O que é eletricidade

A força elétrica, juntamente com a força magnética, é uma das quatro forças fundamentais da natureza. A força gravitacional, a forna nuclear forte e a forca nuclear fraca são as outras três forças fundamentais. Isso por si só justifica o estudo da eletricidade.
Para entendermos um pouco de eletricidade, precisamos conhecer um pouco sobre o átomo!
O atrito de uma régua com um tecido, lã, causa a transferência de alguns elétrons do tecido (das camadas mais afastadas) para a régua, que fica com excesso de elétrons. O tecido fica com ffalta de elétrons ou excesso de prótons (mais prótons do que elétons). Claro que assumimos que tanto a régua quando o tecido era neutro antes atrito.
A eletricidade estática é causada pela transferência de cargas.
Os átomos são feitos de prótons, nêutrons e elétrons, cada um com características específicas.
Os pótons têm carga positia (+) e são “pesados”.
Os nêutrons não têm carga e são “pesados”.
Os elétrons têm carga negativ (+) e são “leves”.
Observe a animação abaixo de um modelo simples do átomo de Lítio.


Nesta animação, após atritarmos o balão na camisa, ele é atraído pela parede neutra!

Animação: carregando o balão

As cargas positivas (prótons) encontram-se no núcleo do átomo.
As cargas negativas (elétrons) encontram-se espalhadas em órbitas ao redor do núcleo.
Os prótons e os nêutrons estão fortemente ligados no diminuto espaço físico do núcleo. Elétrons fracamente ligados, denominados “elétrons livres”, podem se mover de um átomo para outro.
Se um átomo perde um elétron, ele fica com maior número de prótons do que de elétrons, ficando, portanto, carregado positivamente (cátions).
Se um átomo ganha um elétron, ele fica com menor número de prótons do que de elétrons, ficando, portanto, carregado negativamente (ânions).
Elétrons podem se mover ou ser transferidos pelo atrito de dois objetos isolantes (régua e tecido de lã, por exemplo). Durante o atrito, aumenta a superfície de contato, permitindo que mais elétrons sejam transferidos.
O objeto que perde elétrons fica carregado positivamente, enquanto que o objeto que ganha elétrons fica carregado negativamente.
Portanto,

A eletricidade estática consiste no balance de cargas positivas e negativas.

Atração e repulsão entre corpos carregados.
O atrito uma barra de plástico (polietileno oupolieteno) com uma flanela (lã) faz com que os elétrons mais externos da flanela se movam para o plástico. O polietileno fica, portanto, negativamente carregado. A lã, com mais prótons do que elétrons, fica positivamente carregada.
Fonte
Apenas os elétrons (negativos, com menor massa) se movem. Os prótons (positivos, com maior massa) permanecem no núcleo dos átomos.

Esfregar materiais para “gerar” carga funciona apenas para objetos isolantes. Nos condutores, a carga flui para a Terra.
Quando dois corpos carregados eletricamente são aproximados um do outro, eles exercem uma força sobre o outro. Objetos carregados eletricamente podem se atrair ou repelir mutuamente, ou atrair pequenos objetos nas proximidades (lembram do experimento do pente e os pedacinhos de papel?).

Cargas opostas se atraem.
Cargas iguais se repelem.

Exemplo: balão
Usando o princípio da eletrostática, podemos “grudar” um balão a uma parede.
Quando um balão e esfregado na roupa, elétrons da roupa são transferidos para o balão que fica carregado negativamente. Claro, a roupa fica carregada positivamente, pois o número total de cargas no balão e na roupa juntos é mantido.
Quando o balão é colocado próximo à parede (objeto neutro), ele fica lá, “grudado”, e não cai. Por quê?
Isso acontece porque a carga negativa do balão repele alguns elétrons da superfície da parede, deixando a parede carregada positivamente, atraindo, portanto, o balão (lembre-se: partículas com cargas opostas se atraem!).

Applet:

Pratique esta outra simulação do balão.
Balões e eletricidade estática

Experimento virtual com o balão: Por que um balão gruda na parede? Esfregue um balão na sua blusa; em seguida, observe que, após soltá-lo, ele voa e em seguida adere à parede ou à sua blusa. Veja as cargas na blusa, nos balões, e na parede. O que acontece se você esfregar dois balões na sua blusa e, em seguida aproximá-los um do outro?
Recursos de ensino

Tópicos principais:

  • Eletricidade estática (eletrostática)

Objetivos de aprendizagem:

  • Descrever e desenhar modelos para conceitos de eletrostática: transferência de carga, indução, atração, repulsão e aterramento.
Atividades sugeridas:

  1. Explore a simulação e descreva a função de cada comando da simulação.
  2. Carregue um balão atritando-o na blusa de lã. Afaste-o da blusa. Aproxime-o da parede. Descreva o que acontece. Aproxime-o da blusa e descreva o que acontece.
  3. Carregue dois balões. O que acontece quando você aproxima os dois balões carregados? Descreva.

Dicas para o professor

A simulação serve para mostrar a atraçãoe letrostática entre o balão e a blusa e entre o balão e a parede. Pode também pode ser usada para verificar a repulsão (entre dois balões). Se os balões tocarem na parede, você não será mais capaz de fazê-lo mover por repulsão ao outro balão. Posicione um dos baloes em um certo lugar (se ele tiver pouca carga, será mais fácil) enquanto carrega o outro.
Recomendamos que o professor pratique este experimento de repulsão antes de realiza-lo na sala de aula.
Na simulação, o efeito da parede está sempre presente, mesmo que você desmarque “parede” (invisível).

Observações importantes sobre modelagem / simplificação:
Os sinais + e – servem para dar uma idéia de carga. Eles são importantes para ajudar o aluno a entender que os elétrons, e não os prótons, são transferidos ou realocados.

Sugstões para uso da simulação:
  • Esta simulação pode ser usada como lição de casa, aula e atividades em classe ou em sala ambiente de informática (SAI).
  • Use a simulação como introdução aos conceitos, para ensinar (aprender) novos conceitos, reforçar conceitos através do auxílio visual para demonstrações interativas ou na sala de aula como perguntas e respostas.
HQ: Bons condutores
Fonte
Biografia

Charles-Augustin de Coulomb
Charles-Augustin de Coulomb foi um eminente físico francês. Ele formulou a lei de Coulomb, que lida com a interação eletrostática entre partículas carregadas. A unidade SI da carga elétrica o coulomb, em sua homenagem. Leia mais...

Benjamin Franklin
Benjamin Franklin foi um homem de múltiplos talentos. Além de cientista, era inventor, político, funcionário público, filantropo, soldado e diplomata. Como cientista, Franklin deixou importantes contribuições para a Física, no campo da eletricidade. Leia mais...

Vídeos
Eletrização e força eletrpstática (parte 1/2)

Eletrização e força eletrpstática (parte 2/2)



Mais applets:

Carga elétirica e lei de Coulomb

Condutores e isolantes

Condutores são materiais nos quais alguns elétrons se movem livremente em seu interior. Dependendo da quantidade de elétrons capazes de se mover livremente, os materiais condutores podem ser bons ou maus condutores. Os metais são bons condutores porque eles contêm grande quantidade de elétrons livres em seu interior, capaz de se mover livremente de um átomo para outro. Além dos metais, a água e a nossa pele são exemplos de materiais condutores
Os elétrons livres não se movem através de materiais isolantes, pois os átomos desses materiais não contêm elétrons livres. Vidro, pástico, ar, borracha, madeira são exemplos de mateirias isolantes.


Aprenda mais:
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