Física - Carga Elétrica - Lei de Coulomb - Capítulo 1

     Ao iniciarmos o volume I, nos referíamos aos ramos clássicos da física e chamamos a atenção que o eletromagnetismo só se constituiu como um ramo organizado a partir do século XIX, provavelmente porque os fenômenos a ele relacionados não são diretamente observados pelos nossos sentidos, como acontece com a força , a luz, o som , etc., ligados a outros ramos mais antigos da Física.     Após esta data, entretanto o seu desenvolvimento foi tão intenso, que poucos ramos da ciência são na atualidade tão ricos em aplicações como é a eletricidade.     Não é difícil para nós, imaginar a grande diferença entre a vida antes e depois das grandes transformações introduzidas nos transportes, nas telecomunicações, iluminação etc, pelo uso das técnicas de origem elétrica.     Se você relembrar suas atividades diárias desde o momento em que você se levanta até a hora de dormir, poderá perceber como você está dependente destas técnicas. Observe a imagem)

 

    Nos jornais revistas, televisão e na nossa própria linguagem, usa-se e abusa-se de termos tais como: - energia-elétrica, corrente, medidor, voltagem, circuito, interruptores, etc. cujo o significado, para a maioria das pessoas, não é bem definido. Se você está colocado entre estas pessoas, com o correr de nosso curso, irá percebendo o sentido claro destas palavras.     E , além destes termos, outros, que fazem parte integrante da nomenclatura própria deste ramo da Física Cujo estudo estamos iniciando, irão se incorporando ao seu vocabulário.

I  1 - CARGA ELÉTRICA  - ELETRIZAÇÃO POR CONTATO

    Embora o eletromagnetismo, como um ramo organizado da Física, só tenha surgido no século XIX, vários fenômenos a ele relacionados foram observados em épocas bastante remotas.    Os historiadores não sabem ao certos onde foram observados as suas primeiras manifestações, mas sem dúvida alguma, as primeiras descobertas que se tem notícia foram feitas pelos gregos.    O filósofo e matemático Thales     (640-548 AC), que viveu em Mileto, observou que um pedaço de âmbar atritado numa pele de um gato adquiria propriedades de atrair corpos leves, os filósofos gregos, admirados com aquela ação à distância , até então nunca vista, procuraram explicá-la por meio de algum mecanismo.     Uns lhe atribuíram origem teológica, outros acreditavam que os corpos atraídos serviam de alimento para o âmba, outros supunham existir uma "simpatia" entre os corpos que atraíam e os que eram atraídos, etc.     Lucrécio, em sua obra "Sobre Natureza das Coisas" e mais tarde, Plutarco, dedicaram parte de seus trabalhos a explicar esta propriedade  do âmbar e de algumas outras substâncias que se comportavam de maneira semelhante.     Quase 2.500 anos após, no século XVI, o inglês Gilbert (1544-1603) inspirando-se no nome grego do âmbar (electron - ηλεκτρόνιο) começou a usar palavras tais como: eletrizar, eletrização, eletricidade. etc; ao se referir a corpos que se comportavam como âmbar.    Descobriu ele, por meio de cuidadosas experiências, que você poderá repetir, Que uma certa categoria de corpos, os serem atraídos, conseguem atrair qualquer outro corpo, mesmo se estes outros não são tão leves.    Para provar isto Gilbert colocava um corpo qualquer sobre um suporte apropriado que permitisse este corpo girar facilmente e aproximava dele o objeto atritado.    Se o corpo se pusesse em movimento, dizia Gilbert que o objeto atritado estava eletrizado.     Repetindo exaustivamente as experiências de Gilbert, e outras semelhantes, seus sucessores puderam observar que, em lugar da força de atração, poderia aparecer, entre os corpos uma força de repulsão, desde que no suporte fosse colocada uma haste da mesma natureza que o corpo ambos atritados com um mesmo material.

  

Comportamentos elétricos semelhantes ao âmbar, que eram restritos a apenas algumas substâncias, foram sendo observados para um número cada vez maior de substâncias e várias teorias tentando explicar os fenômenos foram surgindo.     Dufay, físico francês que havia observado a repulsão elétrica, verificou que um corpo atraído por outro corpo eletrizado, depois de tocá-lo também ficava eletrizado e era repelido.    Experimentando com uma barra de vidro, atritada com seda, e uma barra de âmbar atritada com pele, verificou que um grupo de substâncias eram sempre repelidas pelo vidro e outro grupo sempre repelidas pelo âmbar, e ainda que uma substância de um grupo sempre atraia a qualquer substância do outro grupo.    Concluiu então, que haviam duas espécies de eletricidades, chamando-as respectivamente de eletricidades vítrea (do vidro) e resinosa (da resina do âmbar).

    Alguns anos mais tarde, Franklin (1707-1790) formulou uma teoria, denominada "teoria do fluxo único", pela qual explicava os fenômenos de eletrização como sendo devidos a um fluxo especial.    Segundo ele, um corpo que não apresentasse comportamento elétrico, chamado corpo neutro, possuía este fluxo em condições "normais".    Pelo atrito, havia possibilidade de um corpo perder ou receber uma certa quantidade deste fluxo.    No primeiro caso, o corpo ficaria num estado elétrico que ele denominou positivo (igual o vidro atritado com a seda) e, no segundo caso (igual ao âmbar atritado com pele), seu estado elétrico seria chamado de negativo.    Então pelo atrito, sempre que um corpo se eletrizasse positivamente, o outro se eletrizaria negativamente (como ele comprovou experimentalmente), pois quando um recebia um fluxo o outro sofreria uma perda igual, havendo sempre conservação do fluxo existente e nunca criação ou destruição. 

 

Franklin como alguns de seus antecessores, chegou também a conclusão que as forças entre os corpos eletrizados obedecem, sempre à lei já citada: os corpos carregados com eletricidade de mesmo nome se repelem e os carregados com eletricidade de nome diferente se atraem.

 

    A nomenclatura adotada por Franklin até hoje é usada e sua observações relativas à conservação da eletricidade e à maneira de comportar dos corpos eletrizados também são confirmados experimentalmente, embora s a maneira atual de descrever os fenômenos seja diferente.

 

 Benjamin Franklin (1707-1790)

Quando um corpo apresenta comportamento elétrico, dizemos que ele possui "carga elétrica" ou que ele é uma "carga". A concepção moderna da constituição da matéria, que você conhece de seus estudos de Química, admite que toda matéria é constituída por átomos que, por sua vez são aglomerados de de partículas: os elétrons, prótons e neutros, O elétron, conforme se verificou experimentalmente é uma partícula que possui comportamento elétrico igual ao do âmbar atritado com a pele do gato, isto é, possui carga elétrica negativa.    Da mesma forma, descobriu-se que o próton possui carga elétrica positiva e o neutro não apresenta comportamento elétrico.    A matéria em seu estado normal ou neutro, contém quantidades iguais de eletricidade positiva e negativa.    Quando dois corpos são atritados entre sí, uma quantidade de elétrons de um corpo passa para o outro.    O corpo que perdeu elétrons fica carregado positivamente e o que recebeu elétrons fica carregado negativamente.    Comovocê sabe, os prótons e neutrons estão lçocalizados no núcleo do átomo e não são deslocados de sua posição pelo simples atrito de um corpo com o outro.    Assim pelo atrito apenas os elétrons podem ser trocados entre dois corpos.    Um átomo que perdeu elétrons é chamodo um ion positivo e aquele que ganha elétrons é chamdo ion negativo.    O processo de ganhar ou perder elétrons é chamado de ionização.    Assim, com essa nova descrição dos fatos, através do modelo atômico, percebeu-se, ainda, que a carga elétrica, num sistema isoladoé conservada como pensava Franklin, pois a carga total não varia, havendo apanas troca de elétrons entre um corpo e outro.    O atrito entre os corpos é uma maneira  de fazer com que eles se aproximem bastante para que os átomos de um possam interagir com os átomos do outro, perdendo elétron do átomo que exercer menor força sobre ele.

    Não é difícil prever, então, que um corpo pode perder ou ganhar elétrons por atrito, eletrizando-se positiva ou negativamente, dependendo do corpo com qual for atritado.    Por exemplo: a seda, que atritada com o vidro adquire carga negativa (porque retira elétrons do vidro), quando atritada com ebonite (borracha e enxofre vulcanizados) receberá carga positiva, isto é, perderá elétrons para o ebonite.    Experimentalmente, verificou-se que as substâncias da lista seguinte eletrizam-se positivamente quando atritadas com as que as seguem e, negativamente quando atritadas com as que precedem: plexiglass (plásticos transparente), vidro, marfim, lã, madeira papel, seda, enxofre.

    Por razões históricas, pois estes foram os materiais usados pelos físicos mais antigos, temos nos referido sempre ao âmbar e ao vidro para descrever os fenõmenos que temos estudado.    Entretanto, em suas experiências será preferível usar sempre barras de plásticos, pentes, ebonites, nylon, etc; pois o âmbar é um material muito raro entre nós eo vidro, devido à camada de vapor d'água (da própria atmosfera) que geralmente apresent-se aderida à sua superfície torna-se inconveniente para estas experiências.    De qualquer forma, para que as experiências citadas dêem bons resultados, aquelas substâncias devem estar bem secas e a umidade atmosférica deve ser bem baixa, por razões que daremos adiante. 

Continua...