Noção de carga eléctrica

O átomo e os seus constituintes

A curiosidade levou o Homem, desde os tempos mais remotos, a querer saber como era constituída a matéria. Demócrito, um filósofo grego da antiguidade, acreditava que a matéria era constituída por minúsculas partículas invisíveis e indivisíveis, os átomos (do grego A-tomo que significa «sem divisão»).

Para Demócrito, a grande variedade de materiais na Natureza provinha dos movimentos dos diferentes tipos de átomos que, ao colidirem, formavam conjuntos maiores, gerando diferentes corpos com características próprias.

Contudo, naquela época, predominavam as ideias de um outro grande filósofo grego chamado Aristóteles, que acreditava que a matéria era constituída de elementos da Natureza como fogo, água, terra e ar que, misturados em diferentes proporções, resultariam em propriedades físico-químicas diferentes.

Em 1808 o físico-químico inglês, John Dalton, após realizar inúmeros ensaios experimentais, retomou as ideias básicas de Demócrito e propôs a Teoria Atómica da Matéria, afirmando que:

A matéria é constituída por partículas minúsculas chamadas átomos.

O átomo é uma minúscula esfera maciça, impenetrável, indestrutível, indivisível e sem carga.

O átomo é a menor partícula de um elemento que participa numa reacção química.

Os átomos são indivisíveis e não podem ser criados ou destruídos.

Os átomos de um mesmo elemento são idênticos em todos os aspectos.

Algumas décadas mais tarde, em 1897, o químico Joseph John Thomson descobre que o átomo é constituído por pelo menos uma partícula, à qual deu o nome de electrão, atribuindo a essa partícula uma nova propriedade - o electrão possui carga eléctrica negativa. Portanto, para Thomson, o átomo era divisível e tinha a forma de uma esfera de carga positiva que continha corpúsculos (os electrões) de carga negativa distribuídos uniformemente. Tal modelo ficou conhecido como pudim de passas.

Em 1900 o químico Goldstein descobre uma nova partícula constituinte do átomo – o protão, com carga positiva. Continuando a investigação sobre a forma e a constituição do átomo, o cientista Ernest Rutherford, descobre, em 1911, o núcleo do átomo, estrutura essa carregada com carga eléctrica positiva. Rutherford propõe então um novo modelo atómico, afirmando que o átomo tinha forma esférica e que era formado por um núcleo central constituído por protões e que à volta do núcleo giravam os electrões, como se fossem planetas girando em torno do Sol. Nascia assim o modelo planetário do átomo.

Fig. 1.4 Átomo de Rutherford.

Alguns anos mais tarde, em 1932, James Chadwick descobre os neutrões, partículas sem carga eléctrica. Para Chadwick, os átomos contêm partículas neutras, chamadas neutrões, nos seus núcleos.

Finalmente, em 1940, o físico-químico dinamarquês Niels Bohr, reunindo toda a informação disponível e, baseando-se em experiências cada vez mais precisas, propôs o moderno modelo atómico, segundo o qual o átomo é constituído por um núcleo central contendo protões .com carga positiva) e neutrões (sem carga). Os electrões .com carga negativa) revolvem ao redor do núcleo em diferentes trajetórias imaginárias chamadas órbitas.

As partículas constituintes do átomo são chamadas “partículas elementares”. Sendo assim:

Os protões são partículas elementares com carga eléctrica positiva.
Os neutrões são partículas elementares sem carga, isto é, são neutros.
Os electrões são partículas elementares com carga eléctrica negativa.

Unidade de carga eléctrica e carga das partículas elementares

Em homenagem ao físico francês do séc. XVIII, Charles Augustin de Coulomb, que entre outras coisas, se dedicou ao estudo da interacção entre os corpos eletrizados, a unidade de carga eléctrica, no Sistema Internacional, é o Coulomb (C).

O electrão, como partícula elementar, possui carga negativa - chamada carga elementar - cujo módulo, no Sistema Internacional de Unidades é de 1,6.10^-19 C.

O protão, partícula elementar positiva, possui uma carga eléctrica de módulo igual carga do electrão, mas de sinal contrário, isto é,

Como o próprio nome indica, o neutrão, é uma partícula elementar sem carga eléctrica.

Conclusões

1. A matéria é constituída por átomos que, por sua vez, são constituídos por um núcleo central com protões e neutrões e por uma eletrosfera contendo electrões que giram em redor do núcleo em orbitas definidas.

2. Os electrões são partículas elementares com carga eléctrica negativa, os protões são partículas elementares com carga eléctrica positiva e os neutrões são partículas elementares sem carga.

3. A carga do electrão - carga elementar - é, em módulo, igual carga do protão, mas com sinal contrário.

Como um corpo neutro fica electrizado

Os resultados experimentais mostram que, no seu estado natural, a matéria é neutra, isto é, um átomo neutro possui o mesmo número de cargas positivas (protões, no núcleo) e de cargas negativas (electrões, na eletrosfera).

Contudo, é possível transformar um corpo electricamente neutro, num corpo electricamente carregado. Para tal, basta fazer o corpo «perder» ou «ganhar» electrões:

Se um corpo neutro perder electrões, o número de protões (cargas positivas) será maior que o número de electrões, isto é, o corpo ficará com deficiência de cargas negativas e, por isso, ficará electrizado positivamente;
Se um corpo neutro ganhar electrões, o número de protões (cargas positivas) será menor que o número de electrões, isto é, o corpo ficará com excesso de cargas negativas e, por isso, ficará electrizado negativamente.

Fig. 1.6 A Corpo neutro; B - Corpo electrizado positivamente; C- Corpo electrizado negativamente.

Electrizar um corpo significa basicamente tornar diferente o número de protões e de electrões (adicionando ou reduzindo o número de electrões). Sendo assim, um corpo electrizado adquire urna carga eléctrica igual ao número (n) de electrões adquiridos ou cedidos, isto é, a carga de um corpo electrizado é dada pela relação:

Q = n.e

Onde:

Q – É a carga eléctrica que eletriza o corpo, medida em Coulomb (C), no Sistema Internacional de Unidades.

n – Número de electrões perdidos ou ganhos pelo corpo (n = 1, 2, 3, 4 ...)

e – Carga eléctrica elementar (carga do electrão e = 1,6.10^-19 C)

Leis qualitativas das interacções eléctricas

A prática experimental mostra que entre dois corpos eletrizados desenvolvem-se forças de interacção. Estas forças podem ser de repulsão ou de atracção, dependendo dos sinais das cargas que electrizam os corpos, Assim:

Corpos electrizados com cargas do mesmo sinal, repelem-se.
Corpos electrizados com cargas de sinais contrários, atraem-se.

Fig.7 – interacção entre corpos electrizados.

Processos de electrização de um corpo neutro

O processo pelo qual um corpo fica electrizado, recebe o nome de Electrização. Existem três processos de electrização de um corpo neutro, isto é, três formas pelas quais um corpo neutro pode perder ou ganhar electrões e assim ficar electrizado «positiva» ou «negativamente».

Electrização por atrito ou fricção

E x p e r i ê n c i a:

Electrização por atrito ou fricção

Objectivo: mostrar que alguns materiais se electrizam, quando friccionados entre si.

Materiais:

Uma régua de plástico, neutra (ou um tubo plástico de esferográfica ou um tubo de vidro)
Um pedaço de pano de Lã (seda ou flanela) também neutros pequenos pedaços de papel leve, neutros (pedacinhos cortados de uma folha de jornal, por exemplo).

Procedimentos:

Friccione vigorosamente a régua de plástico e o pano de Lã (A).
Aproxime a régua de pequenos pedaços de papel (B).
Observará que, os pedacinhos de papel «ganham vida» e são fortemente atraídos pela régua (C).

Fig: Electrização por atrito ou fricção.

Explicação dos fenómenos

Quando friccionamos a régua de plástico com o pano de lã, alguns electrões existentes na régua foram transferidos para o pano de Lã. Ao perder electrões para a lã, a régua ficou eletrizada positivamente e, a lã, ao ganhar electrões da régua, ficou eletrizada negativamente.

Conclusão

Quando friccionamos dois corpos neutros, há uma transferência de electrões de um corpo para o outro, de modo que:

• O corpo que perde electrões, fica electrizado positivamente.

• O corpo que ganha electrões, fica electrizado negativamente.

Electrização dos corpos por contacto

Experiência:

Electrização dos corpos por contacto

Objectivo: mostrar como um corpo neutro pode ser electrizado por contacto com um corpo previamente electrizado.

Material

Um corpo metálico neutro e apoiado em material isolante (corpo A).
Um corpo metálico electrizado, munido de uma pega isolante (corpo B).

Procedimento

1. Aproxime o corpo electrizado (B) do corpo neutro, até que haja contacto entre ambos.

2. Passado algum tempo (alguns segundos), separe os corpos e aproxime do corpo A (inicialmente neutro), pequenos pedaços de papel. Verificará que, agora, o corpo A, atrai os pedacitos de papel, facto que indica que ele está electrizado.

Electrização dos corpos por contacto.

Explicação do fenómeno

Quando os dois corpos se tocam (contacto), ocorre uma transferência de electrões do corpo B, electrizado negativamente, para o corpo neutro (A), que ao receber electrões, fica electrizado negativamente.

Dai, a repulsão entre os dois corpos, agora electrizados, com cargas do mesmo sinal.

Nota: se o corpo B estiver electrizado positivamente, durante o contacto, ocorre uma transferência de electrões do corpo neutro (A) para o B, atraídos pelas cargas positivas do

corpo carregado (B). Assim, o corpo neutro, ao perder electrões, ficará electrizado positivamente.

Conclusão

A electrização por contacto consiste em tocar, com um corpo electrizado, num corpo neutro, de modo que haja uma transferência de electrões de um corpo para o outro, ficando o corpo neutro electrizado com carga do mesmo sinal.

Electrização por indução ou influência

A electrização por indução ou influência consiste em electrizar um corpo neutro, com o auxílio de um corpo carregado, sem que haja qualquer contacto entre os dois corpos.

Considere um corpo electrizado (C - indutor) e uma esfera condutora, neutra e isolada (AB - induzido) — (Fig. 1.8).

Fig. AB Corpo induzido (neutro e isolado); C Corpo indutor (carregado).

Aproxima-se o indutor, electrizado positivamente, do induzido, neutro. Por causa das cargas positivas do indutor, os electrões do induzido são atraídos e concentram-se nas proximidades do indutor, ficando a zona B com deficiência de electrões. A este processo de separação de cargas no induzido, devido à presença do indutor, designa-se por «indução ou separação electroestática de cargas» (Fig. 1.9).

Sem afastar o indutor, liga-se a zona mais afastada do induzido (B) à Terra, por meio de um fio condutor.

Os electrões da Terra, atraídos pelas cargas positivas (protões), sobem ao longo do fio condutor (Fig. 1.10).

Fig. 1.9 Aproxima-se o indutor

Fig. 1.10 Ligação à Terra

Ainda, sem afastar o indutor, corta-se a ligação Terra (Fig. 1.11). Finalmente, afasta-se o corpo indutor do induzido. As cargas negativas, em excesso no induzido, distribuem-se por toda a sua superfície (Fig. 1.12).

Fig. 1.11 Corte da ligação à Terra

Conclusão

Fig. 1.12 O induzido fica electrizado negativamente.

Na electrização por indução, o corpo induzido fica electrizado de Sinal contrário à carga do indutor.

Bibliografia

MENESES, João Paulo. F10 - Física 10ª Classe. Texto Editores, Maputo, 2017.

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