Processos de eletrização

Processos de eletrização são fenômenos em que elétrons são transferidos de um corpo para outro em virtude de uma diferença na quantidade de cargas elétricas existente entre dois ou mais corpos, ou, ainda, pela aquisição de energia advinda do atrito entre corpos.

Existem três tipos de processos de eletrização, são eles: por atrito, por contato e por indução. A compreensão sobre como ocorrem esses processos, por meio de suas definições bem como pela realização de exercícios, é parte fundamental do estudo da eletrostática — uma das áreas da física de maior destaque entre os conteúdos de física no Exame Nacional do Ensino Médio (Enem).

Veja também: Dicas sobre o que estudar para as questões de física do Enem

Tópicos deste artigo

• 1 - O que é eletrização?
• 2 - Eletrização por atrito
• 3 - Eletrização por contato
• 4 - Eletrização por indução
• 5 - Exercícios sobre os processos de eletrização

O que é eletrização?

Eletrização é o processo de tornar um corpo eletricamente neutro em um corpo eletricamente carregado. Corpos neutros são aqueles que apresentam a mesma quantidade de prótons e elétrons, uma vez que essas são as partículas subatômicas dotadas de carga elétrica.

Todos os processos de eletrização consistem em retirar ou fornecer elétrons a um corpo. O mesmo não pode ser dito dos prótons, que, por estarem presos no núcleo atômico, não podem ser conduzidos entre um átomo e outro. Desse modo, quando um corpo neutro recebe elétrons, sua carga torna-se negativa, reciprocamente, ao perder elétrons, sua carga torna-se positiva.

Existem três formas distintas de eletrização: por atrito, por contato e por indução. Neste artigo, discutiremos detalhadamente cada uma delas, começando pela primeira.

Eletrização por atrito

A eletrização por atrito acontece principalmente quando dois ou mais corpos isolantes são esfregados um contra o outro. O processo de atritar os corpos fornece energia aos elétrons desses materiais. Os elétrons dos materiais isolantes geralmente encontram-se fortemente atraídos pelos núcleos de seus próprios átomos, por isso, precisam de uma energia extra para saltar de um corpo para outro.

Durante a eletrização por atrito, um dos corpos perde elétrons e o outro ganha elétrons. Dessa forma, ao final do processo, os dois corpos estarão com cargas de módulo igual, mas de sinais opostos.

Nem todos os corpos vão se eletrizar quando atritados, para sabermos quais são os pares de materiais que, quando atritados, tornam-se eletrizados, é preciso conhecer sua afinidade elétrica, uma vez que existem materiais que tendem a ganhar elétrons, mas também existem aqueles que “preferem” perdê-los. Essa afinidade é descrita de forma empírica por uma tabela conhecida como série triboelétrica.

A série triboelétrica separa diferentes materiais de acordo com sua tendência de ganhar ou perder elétrons. Na tabela|1| a seguir, por exemplo, os primeiros materiais, na parte mais alta dela, são aqueles que tendem a adquirir cargas positivas quando atritados, ou seja, tendem a perder elétrons. Os últimos materiais, por sua vez, são aqueles que tendem a absorver elétrons e, portanto, a apresentar cargas negativas após terem sido atritados, confira:

Para saber quais materiais são compatíveis, ou seja, que se eletrizarão ao serem atritados, devemos escolher aqueles que se encontram o mais distante uns dos outros na tabela, como o último e o primeiro, por exemplo. Fazendo isso, garantimos que um dos elementos absorva os elétrons soltos pelo outro elemento com o qual é atritado.

Eletrização por contato

A eletrização por contato consiste em fazer com que dois corpos condutores entrem em contato, na condição de que pelo menos um deles esteja previamente carregado. Esse tipo de eletrização acontece com maior frequência entre materiais condutores, uma vez que neles os elétrons encontram-se livres e, portanto, dotados de grande mobilidade. Dessa maneira, não é necessária qualquer energia adicional para fazê-los saltarem de um corpo para outro.

Quando dois corpos condutores idênticos e eletricamente carregados tocam-se, os elétrons passam de um corpo para o outro até que as cargas elétricas de ambos fiquem iguais. Dessa maneira, se quisermos saber qual é a carga final entre eles, basta fazermos a média aritmética das cargas:

A equação anterior é válida apenas para o caso em que dois corpos condutores e idênticos são colocados em contato, se o caso em questão envolvesse o contato simultâneo entre n corpos, a quantidade de corpos deveria ser levada em conta, confira:

Por fim, se os corpos forem de tamanhos diferentes, devemos perceber que só haverá movimentação de elétrons enquanto houver diferença de potencial entre eles, portanto, a passagem de elétrons cessará quando o potencial elétrico for igual para cada um deles.

Considere duas esferas condutoras A e B, de raios diferentes, denotados como R_A e R_B. Na figura seguinte, mostramos a fórmula do potencial elétrico de cada uma dessas esferas, em seguida, igualamo-las para que, então, obtivéssemos a fórmula que nos permite calcular a carga elétrica nessas esferas após o contato entre elas, observe:

Q_A e Q_B – carga elétrica dos corpos A e B

R_A e R_B – raios dos corpos A e B

U_A e U_B – potencial elétrico dos corpos A e B

Eletrização por indução

A eletrização por indução consiste em aproximar um corpo previamente carregado, chamado de indutor, de um corpo condutor eletricamente neutro, chamado de induzido, de modo que a presença das cargas do indutor faça com que os elétrons do corpo induzido movam-se em seu interior, ocorrendo uma polarização de cargas.

A polarização das cargas nada mais é que uma separação entre cargas positivas e negativas. Quando polarizado, o corpo induzido ainda é neutro, pois apresenta o mesmo número de prótons e elétrons. Dessa forma, para que esse corpo torne-se eletrizado, é necessária a presença de um outro corpo ou, ainda, de um meio pelo qual os elétrons possam fluir. Via de regra, faz-se o uso de um aterramento, que consiste em conectar o corpo induzido à terra, por meio de um fio condutor.

Depois de aterrado, os elétrons presentes no corpo induzido podem fluir em direção à terra ou da terra em direção ao corpo induzido, de acordo com o sinal das cargas presentes no corpo indutor.

Em resumo, o processo de eletrização por indução acontece nas seguintes etapas:

• Etapa 1: Aproximação entre o indutor e o induzido.
• Etapa 2: Polarização das cargas do induzido, devido à aproximação do indutor.
• Etapa 3: Aterramento do induzido, na presença do indutor, de modo que os elétrons possam fluir da terra ou à terra.
• Etapa 4: Retirada do aterramento.
• Etapa 5: Afastamento do indutor.

Veja mais: Indução eletromagnética – responsável pelo surgimento de correntes elétricas em materiais condutores

Exercícios sobre os processos de eletrização

Questão 1) (IF-SP) A tabela a seguir mostra a série triboelétrica:

Por meio dessa série, é possível determinar a carga elétrica adquirida por cada material quando atritado com outro. O isopor, ao ser atritado com a lã, fica carregado negativamente.

O vidro, ao ser atritado com a seda, ficará carregado:

a) positivamente, pois ganhou prótons.

b) positivamente, pois perdeu elétrons.

c) negativamente, pois ganhou elétrons.

d) negativamente, pois perdeu prótons.

e) com carga elétrica nula, pois é impossível o vidro ser eletrizado.

Gabarito: Letra b

Resolução:

Uma vez que o vidro aparece antes da seda na série triboelétrica, ele tem uma maior tendência a adquirir cargas elétricas positivas do que a seda, logo, a alternativa correta é a letra b.
 

Questão 2) (IF-SP) Raios são descargas elétricas de grande intensidade que conectam as nuvens de tempestade à atmosfera e ao solo. A intensidade típica de um raio é de 30 mil amperes, cerca de mil vezes a intensidade de um chuveiro elétrico, e os raios percorrem distâncias da ordem de 5 km.

(www.inpe.br/webelat/homepage/menu/el.atm/perguntas.e.respostas.php. Acesso em: 30.10.2012.)

Durante uma tempestade, uma nuvem carregada positivamente aproxima-se de um edifício que possui um para-raios, conforme a figura a seguir:

De acordo com o enunciado, pode-se afirmar que, ao estabelecer-se uma descarga elétrica no para-raios,

a) prótons passam da nuvem para o para-raios.

b) prótons passam do para-raios para a nuvem.

c) elétrons passam da nuvem para o para-raios.

d) elétrons passam do para-raios para a nuvem.

e) elétrons e prótons transferem-se de um corpo a outro.

Gabarito Letra d

Resolução:

Uma vez que a nuvem encontra-se carregada com cargas positivas, ela induz a movimentação de elétrons do solo, em contato com o para-raios, em direção à nuvem, já que, como sabemos, as cargas positivas não são conduzidas, logo, a alternativa correta é a letra d.

Questão 3) (Mackenzie) Uma esfera metálica eletrizada, com carga elétrica igual a -20,0 μC, é colocada em contato com outra esfera idêntica eletricamente neutra. Em seguida, encosta-se a esfera em outra também idêntica eletrizada com carga elétrica igual a 50,0 μC. Após esse procedimento, as esferas são separadas.

A carga elétrica armazenada na esfera, no final desse processo, é igual a:

a) 20,0 μC

b) 30,0 μC

c) 40,0 μC

d) 50,0 μC

e) 60,0 μC

Gabarito: Letra a

Resolução:

O enunciado fala em dois processos de eletrização por contato, ambos envolvendo dois corpos, logo, faremos o cálculo da carga ao final de cada processo, confira:

Somando-se e dividindo-se as cargas elétricas em cada um dos contatos, descobrimos que a carga final deverá ser de 20,0 μC, portanto, a resposta correta é a letra a.

Notas

|1| Tabela retirada de: http://www.rc.unesp.br/showdefisica/99_Explor_Eletrizacao/paginas%20htmls/S%C3%A9rie%20Triboel%C3%A9trica.htm

Por Rafael Helerbrock
Professor de Física