Quando um bastão de vidro é atritado com seda, adquire essa capacidade graças à passagem de algo, de um corpo para outro. Esse algo, transferido durante a fricção dos corpos é chamado genericamente de cargas elétricas, e os corpos nesse estado se encontram carregados de eletricidade, isto é, se encontram eletrizados.
Diversas teorias foram propostas para justificar tais fenômenos elétricos. Atualmente, eles são explicados da seguinte maneira: Todos os corpos são formados de átomos, os quais são constituídos de partículas elementares, sendo as principais: elétrons, prótons e nêutrons. Os prótons e os nêutrons acham-se localizados na parte central do átomo chamado de núcleo. Ao redor do núcleo movem-se os elétrons.Os prótons em presença se repelem, o mesmo acontecendo com os elétrons. Entre um elétron e um próton há atração.Estes comportamentos são idênticos aos observados entre os bastões de vidro e os panos de lã.Para explica-los associa-se aos prótons e aos elétrons uma propriedade física denominada carga elétrica. Os prótons e os elétrons apresentam efeitos elétricos opostos. Por esse motivo, há duas espécie de cargas elétricas: positiva (carga elétrica do próton) e negativa ( carga elétrica do elétron) Os nêutrons não tem carga elétrica.
Num átomo, o numero de prótons é igual ao numero de elétrons, e o átomo, como um todo, é eletricamente neutro.
Ao atritarmos o bastão de vidro e o pano de lã, ocorreu uma troca de elétrons entre o bastão e o pano de lã, de modo que um ficou com falta de elétrons e o outro com excesso de elétrons.
Os corpos que apresentam excesso ou falta de elétrons são chamados de corpos eletrizados.
Principio da Eletrostática
A eletrostática é a parte da física que estuda as propriedades e a ação mútuas das cargas elétricas em repouso em relação a um sistema inercial de referência.
O principio da ação e repulsão diz que: cargas elétricas de mesmo sinal se repelem e cargas de sinais contrários se atraem.
O principio da conservação das cargas elétricas diz: num sistema eletricamente isolado, a soma algébrica das cargas positivas e negativas é constante. Considere dois corpos A e B com cargas Q1 e Q2 respectivamente, admitamos que houve troca de cargas entre os corpos e os mesmos ficaram com cargas Q1’ e Q2’ respectivamente. Temos então pelo principio da conservação das cargas elétricas que: Q1 + Q2 = Q1’ + Q2’ = constante.
Condutores e isolantes
Segurando uma barra de vidro por uma das extremidades e atritando a outra com um pano de lã, somente a extremidade atritada se eletriza. Isto significa que as cargas elétricas em excesso localizam-se em determinada região e não se espalha.
Fazendo o mesmo com uma carga metálica , esta não se eletriza.
Repetindo o processo anterior, mas segurando a barra metálica por meio de um barbante, a barra metálica se eletriza e as cargas em excesso se espalham pela superfície.
Os materiais , como o vidro, que conservam as cargas nas regiões onde elas surgem são chamada de isolantes ou dielétricos. Os materiais, nos quais as cargas se espalham imediatamente , são chamados de condutores. È o caso dos metais, do corpo humano e do solo. Ao atritarmos a barra metálica, segurando-a diretamente com as mãos, as cargas elétricas em excesso espalham-se pelo metal, pelo corpo e pela terra que são condutores. Com isso, a barra metálica não se eletriza devido as suas dimensões serem reduzidas em relação as dimensões da terra. Deste fato, se ligarmos um condutor eletrizado à terra, este se descarrega.
Quando um condutor estiver eletrizado positivamente, elétrons sobem da terra para o condutor, neutralizando seu excesso de cargas positivas. Quando um condutor estiver eletrizado negativamente, seus elétrons em excesso escoam para a terra.
Eletrização por contato
Colocando-se em contato dois condutores, um eletrizado(A) e o outro neutro (B), este se eletriza com carga de mesmo sinal que A.
De fato, se A estiver eletrizado positivamente, ao entrar em contato com B, atrai parte dos elétrons livre deste. Assim, A continua eletrizado positivamente, mas com carga menor e B, que estava neutro, fica eletrizado positivamente.
Ao entrar em contato com B, esses elétrons em excesso espalham-se pela superfície externa do conjunto. Assim, A continua negativo, mas com um menor número de elétrons em excesso e B, que estava neutro, eletriza-se negativamente.
Eletrização por indução
Afastando-se o indutor, o induzido volta à situação inicial. Para que B fique eletrizado, deve-se, após aproximar A de B, realizar as seguintes operações:
Afasta-se o indutor. Os elétrons em excesso no induzido espalham-se imediatamente. Este é o processo de eletrização por indução.
Considerando o indutor negativo. Note que ao ser efetuada a ligação do induzido com a terra, os elétrons, que constituem as cargas do induzido de mesmo sinal que a carga do indutor, escoam para a terra. No final do processo, B encontra-se eletrizado positivamente.
Conduto B, neutro e isolado.
Aproximando A e B, ocorre indução eletrostática.
Ligando B a terra, elétrons de B escoam para a terra.
O indutor A é afastado de B se eletriza positivamente.
Dos casos aqui analisados, podemos concluir que na eletrização por indução, o induzido carrega-se com carga de sinal contrário à do indutcarga do indutor não se altera.
Poder das pontas
Sabe-se que num condutor carregado em equilíbrio, a carga elétrica se distribui apenas na superfície externa. Mas essa distribuição de carga só é influenciada no caso muito particular de um condutor esférico afastado da influência de outros condutores.
No caso mais geral, a distribuição das cargas elétricas é muito regular. Dai, ter-se definido uma nova grandeza , chamada densidade de carga supercial.
Verificou-se experimentalmente que, quato menor era o raio de curvatura de uma pequena região de um condutor carregado, maior era a densidade superfical de carga. Dai haver grande acumulo de cargas elétricas nas regiões pontiagudas.
