Física

Aprenda o que é Eletrostática

O que é EletrostáticaO que é Eletrostática?

Eletrostática é o ramo da Física responsável por estudar o comportamento das cargas elétricas em repouso, bem como todos os seus fenômenos, como a força de atração e repulsão que elas exercem umas nas outras e a formação de campo elétrico.

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Nesse artigo vamos trazer:

  • O que é Eletrostática;
  • Princípios fundamentais;
  • Campo elétrico.

O que é Eletrostática

A eletrostática é a área da Física que estuda o comportamento e as propriedades de cargas elétricas em repouso, e também de todos os fenômenos que envolvem essas cargas. Ela possui esse nome por se tratar de uma eletricidade estática, que pode ser definida como a existência de cargas elétricas em tudo que existe no universo.

A eletricidade estática se altera quando as cargas elétricas começam a entrar em movimento, gerando assim uma corrente elétrica. A eletricidade estática passa a ser eletricidade dinâmica, ou simplesmente eletrodinâmica. 

Princípios importantes da Eletrostática

Conceito de Matéria

O conceito de matéria diz que todo objeto que possui massa e ocupa um determinado lugar no espaço é uma matéria. Toda matéria é composta por moléculas, e cada uma dessas moléculas são compostas por átomos. Os átomos são compostos por três elementos: prótons, elétrons e nêutrons. 

estrutura atomo

Um átomo possui um núcleo onde podemos encontrar os prótons e os nêutrons, além de uma eletrosfera, onde os elétrons que ficam em órbita estão localizados. Prótons e nêutrons possuem massa de valor semelhante, mas os elétrons tem massa bem menor do que eles. A massa dos elétrons é cerca de 2 mil vezes menor que a dos prótons.

Carga Elétrica

Cada um dos componentes do átomo são partículas que são carregadas eletricamente, como os prótons e elétrons, ou não possuem carga elétrica alguma (nêutrons).

Prótons (p+)

Proton

Os prótons são partículas carregadas eletricamente com carga positiva. Juntamente com os nêutrons, eles constituem o núcleo do átomo. O próton é atraído eletricamente pelo elétron, que é carregado
eletricamente com carga negativa.

Elétrons (e-)

eletron

Os elétrons são partículas eletrizadas de carga negativa e massa desprezível, com cerca de 2 mil vezes menor que a massa do núcleo atômico. Os elétrons, diferentemente dos prótons e nêutrons, estão localizados na eletrosfera do átomo, em órbita do núcleo.

Nêutrons (n0)

Os nêutrons são partículas de carga neutra, isto é, que não são carregados eletricamente. Juntamente com os prótons, constituem o núcleo dos átomos. São fundamentais para a estrutura do núcleo dos átomos, pois proporcionam estabilidade a ele.

Se prótons, nêutrons e elétrons fossem separados e cada um deles fosse lançado em direção à um imã, os elétrons iriam para um lado (lado positivo no ímã), os prótons para outro (lado negativo) e os nêutrons permaneceriam inalterados.

Aprenda também o que é Magnetismo.

Lei de Coulomb

Desenvolvida por Charles Augustin Coulomb em 1785, a Lei de Coulomb faz referência a força de atração e repulsão de cargas elétricas que possuem massa e dimensões desprezíveis – a chamada força elétrica

Através de um experimento onde Coulomb utilizou uma balança de torção, ele concluiu que, quando duas cargas elétricas q¹ e q² são separadas uma da outras por uma determinada distância d, elas se repelem. Assim, ele deu origem à fórmula que mede a intensidade da força de repulsão:

F = K . q¹ . q² / d²

K = constante de proporcionalidade

q¹ = carga 1 (medida em Coulomb)

q² = carga 2 (medida em Coulomb)

d = distância (medida em metros)

F = força elétrica (medida em Newton)

Eletrização dos corpos

Um corpo é eletricamente neutro quando possui o mesmo número de prótons e elétrons, fazendo com que sua carga elétrica seja igual a zero. No entanto, os átomos podem ser modificados em sua constituição se ganharem ou perderem elétrons, ficando positiva ou negativamente carregados.

Quando um corpo neutro perde elétrons, ele fica com um número maior de prótons, por esse motivo, ele fica eletrizado positivamente. Quando o corpo neutro ganha elétrons, ele fica com uma quantidade de elétrons maior, ficando eletrizado negativamente.

Logo, para eletrizar um corpo neutro basta aumentar ou reduzir o número de elétrons, podendo ser definido pela seguinte fórmula:

Q = n.e

Q: carga elétrica

n: quantidade de cargas elementares

e: carga elétrica elementar

Os processos mais utilizados para eletrizar um corpo neutro são: a eletrização por atrito, eletrização por contato e eletrização por indução eletrostática.

Eletrização por Atrito

Descoberta por Tales de Mileto em meados de VI a.C, a eletrização por atrito consiste na possibilidade de um corpo neutro ser eletrizado através do atrito. Tales de Mileto constatou em seus experimentos que o atrito à determinados materiais atraíam pedaços de pó.

Dessa forma, quando dois corpos neutros feitos de materiais diferentes são atritados, um deles fica eletrizado positivamente e o outro, eletrizado negativamente. Isso acontece devido à perda e ganho de elétrons que acontece nesses corpos, deixando-os com sinais opostos.

Um exemplo da eletrização por atrito é o pente de plástico e pedaços de papel. Ao atritarmos um pente nos cabelos e, posteriormente, aproximarmos o pente aos pedaços de papel, observamos que o pente começa a atrair esses pedaços. Deixando claro que a eletrização por atrito depende do tipo de material que está sendo atritado.

eletrização por atrito

Eletrização por Contato

A eletrização por contato acontece quando dois corpos são colocados em contato um com o outro e ambos são condutores. Se um dos corpos for eletrizado, a carga elétrica é redistribuída para ambos os corpos deixando-os eletrizados e com cargas de mesmo sinal.

Eletrização por Indução Eletrostática

A eletrização por indução ocorre quando um corpo eletrizado que funciona como indutor de um corpo neutro. Os dois corpos não entram em contato um com o outro, mas existe a movimentação de cargas (indução). 

Os elétrons do corpo neutro serão atraídos ou repelidos de acordo com o sinal da carga do indutor.

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Campo Elétrico

Todo corpo eletricamente carregado, negativa ou positivamente, tem a capacidade de formar um campo elétrico a sua volta. Esse campo exerce a função de transmissor das interações entre as cargas elétricas, podendo ser de atração ou repulsão, de acordo com a carga que originou o campo.

Cargas puntiformes são corpos eletrizados que suas dimensões são desprezíveis. Em um local onde há um campo elétrico, observa-se que surge uma força sobre uma certa carga puntiforme introduzida em algum ponto desse campo, que pode ser de atração ou repulsão.

Vetor Campo Elétrico

Pode ser associada ao campo elétrico uma grandeza vetorial denominada vetor campo elétrico, que diz respeito a uma grandeza que possui módulo, direção e sentido.

A força elétrica e o vetor campo elétrico possuem mesma direção. No entanto, elas só têm o mesmo sentido quando a carga puntiforme for positiva, e sentido contrário quando a carga puntiforme for negativa.

Intensidade do Campo Elétrico

O valor da intensidade do campo elétrico pode ser encontrado por meio da fórmula:

formula campo eletrico

E: campo elétrico

F: força elétrica

q: carga elétrica

No Sistema Internacional de Medidas, a intensidade do campo elétrico é medido em Newton por Coulomb (N/C), a força em Newton (N) e a carga elétrica em Coulomb (C).

Linhas de Força

O campo elétrico pode ser representado por meio de linhas que seguem o sentido do vetor campo elétrico, sendo tangentes a ele. Quanto mais próximas às linhas de campo estiverem, maior a intensidade do campo elétrico. Quanto mais afastadas as linhas estiverem, menor a intensidade do campo.

Quando a carga que origina o campo é positiva, as linhas de campo possuem força que “saem” dela e, caso seja negativa, as linhas “chegam” até ela.

linhas de força

Caso hajam duas cargas de sinais iguais, as linhas de força do campo elétrico são representadas da seguinte forma.

campo eletrico

Caso hajam duas cargas de sinais diferentes, as linhas de força do campo elétrico são representadas da seguinte maneira.

campo eletrico

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