Física - Condutores e isolantes - Lei de Coulomb - Capítulo 1

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I . 2 -  CONDUTORES E ISOLANTES 

     Já dissemos, na secção precedente, que alguns cientistas verificaram a possibilidade de qualquer substância poder ser eletrizada pelo atrito, e não apenas o âmbar, como se supunha na época de Thales.    De fato, realizando experiências com plásticos, ebonite, nylon, etc; verificamos que isto é verdade.    Ao tentarmos, porém, carregar uma barra metálica, atritando-a com uma outra substância qualquer não conseguiremos o nosso objetivo, a menos que a empunhemos por um cabo de borracha ou plástico.    Analisemos, mais de perto, o que está acontecendo.    Tomemos um eletroscópio, aparelho que nos permitirá verificar se um corpo está ou não carregado.    O eletroscópio mais simples é chamado de pêndulo elétrico, (veja a imagem abaixo).

    Ao aproximarmos um corpo deste pêndulo descarregado, se sua esfera for atraída concluímos que o corpo está carregado (como já sabemos, um corpo leve é atraído por outro eletrizado), Consideramos, agora, por exemplo, uma régua de plástico carregada, mas vamos colocá-la bem afastada da bolinha do pêndulo de modo que esta não seja atraída.    Interpondo, então, entre o corpo e a bola uma barra metálica, apoiada em plástico ou borracha, veremos que a bolinha será atraída pela extremidade da barra metálica.    Substituindo a barra metálica por uma barra de borracha, veremos o pêndulo pender verticalmente, indicando a não existência de atração.    então tudo se passa como se a barra metálica transportasse, através dela, os efeitos elétricos, enquanto que a borracha não o faz.    Dizemos que o metal é um condutor de eletricidade e a borracha é um isolante ou dielétrico.    A separação entre as classes de condutores e isolantes é gradual, existindo desde os muito bons condutores, como os metais, carbono e alguns minerais, até os muito bons isolantes , como âmbar, o plástico e a mica.    Substâncias que ocupam uma posição intermediária são chamadas de semicondutores, como madeira, a atmosfera úmida, o tecido animal, o silício, o germano, etc.

    Quando um corpo metálico é carregado, a carga se distribui em toda a superfície do corpo e, então se ele não estiver suportado em material isolante, a carga escoa para a Terra.    Por outro lado, quando um isolante é carregado, a carga permanece estática, no local onde ela foi desenvolvida.    Uma barra de ebonite, por exemplo, sendo atritada em ma das pontas, apresenta efeito elétrico apenas naquela ponta.    Você é capaz de explicar, agora, por quê uma barra metálica deve ser sustentada por um isolante para poder ser eletrizada por atrito?

    A condução da eletricidade pelos metais sólidos é explicada pelo fato de seus átomos apresentarem elétrons livres ou elétrons que não estão temporariamente presos a determinado núcleo.

    Nos  isolantes, os elétrons estão presos aos núcleos e só dificilmente poderão ser destacados.    O número e a mobilidade dos elétrons livres é o que determina a habilidade do material em conduzir eletricidade.    Se as forças que agem sobre os elétrons de um isolante são grandes e conseguem libertá-los do átomo, o isolante transforma-se num condutor.     Nos condutores metálicos, são sempre os elétrons que se movem.    As cargas positivas (prótons) permanecem fixas no núcleo.    Quando um grande número de elétrons livres se movimentam, de maneira organizada numa da direção, temos, no condutor, uma corrente elétrica.    Esta é a corrente elétrica comum, encontrada num lâmpada ou num aquecedor, cujo estudo será feito no capítulo posterior.

    Quando um corpo metálico carregado é posto em comunicação com a Terra por meio de um condutor, ele perde sua carga.    Se a carga era negativa, a ligação permite ao excesso de elétrons escoar do corpo para a Terra, através do condutor.    Se, primitivamente, o corpo estiver carregado positivamente, os elétrons serão atraídos, passando da Terra para o corpo, até que ele fique completamente neutro.    É costume dizer, ao descrever o fenômeno, que a carga positiva do corpo se escoou para a Terra mas,  na realidade, a carga positiva permaneceu estática.    A Terra atua como se fosse um enorme manancial de elétrons , de maneira que sua situação não é, praticamente, afetada nem com a perda nem com o recebimento de alguns elétrons.    Se em lugar de ligarmos um corpo carregado à Terra, o ligarmos a um objeto de grande dimensões, teremos o mesmo efeito, teremos o mesmo efeito, pois a distribuição de carga entre o corpo e o objeto grande fará com que o corpo praticamente se descarregue.    É o que acontece quando seguramos, com a nossa mão , um pequeno condutor carregado.

    Outro tipo de eletroscópio, mais sensível do que o pêndulo elétrico, é o eletroscópio de folha, apresentado esquematicamente na figura abaixo.

 

    Encostando-se à esfera do aparelho um corpo carregado positivamente, alguns elétrons livres do eletroscópio passam para o corpo, até que haja um equilíbrio entre as forças que atuam sobre os elétrons livres.    Neste momento, o eletroscópio está carregado positivamente (porque perdeu etétrons) e o corpo estará com uma carga elétrica menor que aquela que possuía de início.    Tudo se passa como se a carga positiva do corpo do corpo tivesse, em parte sido cedida para o eletroscópio.    Às vezes, o fenômeno é descrito dizendo-se que o corpo cedeu carga positiva ao eletroscópio, mas já sabemos que isto, realmente, não acontece (lembre-se que não são as cargas negativas que se deslocam através do condutor metálico).    A carga do eletroscópio se distribuirá por toda a parte metálica do aparelho e, então a folha recebendo a carga de mesma natureza que a haste, é repelida, permanecendo afastada dela.    O afastamento será tanto maior quanto maior for o número de elétrons que adquiriu.    Dizemos que, nestas condições, o eletroscópio foi carregado positivamente por condução ou por contato.    Procure descrever, com detalhes , o que aconteceria se encostássemos à esfera do eletroscópio descarregado um corpo carregado negativamente. 

    Uma vez carregado o eletroscópio, se quisermos descarregá-lo bastará ligá-lo a Terra.    Em nosso país o grau de umidade é em várias regiões elevado, tornando o ar um semicondutor pela presença de ions de vapor d'água.    Experiências, como a anteriormente citada, de carregamento de um eletroscópio, só podem ser realizadas com certo cuidado, pois, nos dias úmido, tudo se passa como se o aparelho estivesse constantemente ligado a terra, impedindo que ele permaneça carregado.

 Continua...