1. Objetivo

Verificar a existência de dois tipos de cargas elétricas, bem como o seu comportamento e a forma de interação entre elas.

2. Introdução Teórica

Alguns materiais apresentam sob determinadas condições, fenômenos elétricos que podemos explicar usando um modelo teórico, o de cargas elétricas. Este modelo prevê a existência de dois tipos de cargas elétricas, uma carga de sinal positivo e outra de sinal negativo.

Para explicar os fenômenos elétricos que são observados, foi proposta a lei da atração e repulsão: cargas elétricas de mesmo sinal se repelem entre si e cargas elétricas de sinais opostos se atraem entre si. Para que haja repulsão ou atração entre dois ou mais materiais é preciso que a somatória de suas cargas não seja nula. Isso quer dizer que é preciso que haja cargas positivas ou negativas em excesso no material.

Para fazer com que um material que está neutro fique carregado eletricamente, basta fornecer ou retirar algumas cargas elétricas neste material, fazendo com que ele fique com uma carga líquida positiva ou negativa. Este processo é chamado de eletrização.

A eletrização pode ocorrer por atrito, contato e indução. A eletrização por atrito acontece quando colocamos dois corpos constituídos de substâncias diferentes e inicialmente neutros em contato, ou seja, um deles cede elétrons enquanto o outro recebe, e ao final, os corpos ficam eletrizados e com cargas elétricas opostas. Já a eletrização por contato é um processo no qual um corpo eletrizado é colocado em contato com um corpo neutro, ambos sendo corpos condutores de eletricidade. Por fim, a eletrização por indução pode ocorrer apenas pela aproximação de um corpo eletrizado e um corpo neutro, sem que entre eles aconteça qualquer tipo de contato, ocorrendo uma separação das cargas elétricas de sinais contrários em um mesmo corpo.

3. Material Utilizado

Eletroscópios

Bastão isolante com ponta metálica

Toalha de papel

4. Procedimentos, Resultados e Discussões.

1- Inicialmente carregamos o bastão, atritando-o com o auxílio de uma folha de papel, o mesmo carregou-se positivamente, ou seja, houve perda de elétrons na camada mais externa do bastão.

2- Em seguida aproximamos o bastão carregado positivamente da placa metálica do eletroscópio neutro, sem que o bastão a tocasse. Verificamos que o ponteiro do mesmo se afasta da haste, ou seja, houve uma repulsão na parte inferior do eletroscópio, indicando que o eletroscópio sofreu um processo de separação de cargas, este fenômeno é denominado indução eletrostática. Quando se afastou o bastão do eletroscópio voltou-se ao estado inicial, ou seja, o ponteiro novamente aproximou-se da haste.

3- Carregamos novamente o bastão por atrito e o aproximamos da placa do eletroscópio, observamos que o ponteiro se inclinou. Em seguida, colocamos o dedo sobre a placa, isso equivale a coloca-la em contato com a terra, e com isso, elétrons da Terra subiram para neutralizar a carga livre (carga de mesmo sinal do bastão) do eletroscópio, voltando assim o ponteiro à sua posição inicial. Quando se afastou o dedo e o bastão, nesta ordem, o ponteiro volta a ficar inclinado. Pois, houve excesso de cargas negativas espalhadas no eletroscópio, que inicialmente foram atraídas por indução pelo bastão carregado positivamente. Este processo é conhecido como eletrização por indução.

4- Descarregamos os eletroscópios com o dedo e aproximamos os dois de modo que as placas ficassem encostadas e repetiu-se o item 2. Aproximamos o bastão carregado de um dos eletroscópios e verificamos que os dois ponteiros se inclinaram. Isso ocorre, pois o sistema (os dois eletroscópios juntos) que inicialmente encontrava-se neutro sofreu um desequilíbrio de cargas com a aproximação do bastão carregado positivamente de um dos eletroscópios. O bastão juntamente com as cargas contrárias do sistema formaram um campo elétrico. Ambos os ponteiros sofreram repulsão da haste, pois todo o restante do sistema apresentará excesso de cargas positivas. Contribuindo para o desequilíbrio das cargas

5- Ainda com o bastão próximo do eletroscópio, afastamos os dois eletroscópios e verificamos que ambos permaneceram com os ponteiros inclinados. Isso ocorre, porque o eletroscópio que inicialmente encontrava-se próximo ao bastão teve as cargas positivas neutralizadas por parte das cargas negativas do antigo sistema que estavam sendo, anteriormente, atraídas pelo bastão eletrizado positivamente. Com isso, o eletroscópio ficou eletricamente negativo, com um menor número de elétrons em excesso. O outro eletroscópio

ficou carregado positivamente, já que suas cargas negativas foram atraídas pelo bastão no antigo sistema.

6- Carregamos novamente o bastão e aproximamos o de cada placa. Verificamos que em um eletroscópio o ponteiro continuava inclinado visto que o bastão e o mesmo possuíam a mesma carga; e no outro o ponteiro se aproximava da haste com a aproximação do bastão, isto é, a haste tende a se neutralizar. Ao tocar as placas dos eletroscópios ambos foram neutralizados, já que possuíam cargas opostas.

7- Descarregamos o bastão, envolvendo-o com a mão e deslizando-a ao longo do bastão.

8- Segurando o bastão pela parte isolante, encostamos sua parte metálica nas placas dos eletroscópios. O ponteiro do eletroscópio, que estava afastado do centro, se aproximou pouco a pouco, isso ocorre porque retiramos elétrons do bastão e consequentemente a carga do eletroscópio vai se estabilizando.

9- Seguramos o bastão pela parte metálica e a encostamos nas placas dos eletroscópios, observamos que ocorre o mesmo que o item 8, sendo que a haste abaixa mais rapidamente.

10- Com as placas dos eletroscópios tocadas, aproximamos o bastão carregado e tocamos com o dedo uma das placas, observamos que as duas hastes abaixaram. Isso acontece, porque quando tocamos as placas dos eletroscópios tem-se um sistema inicialmente neutro, com a aproximação de um bastão carregado positivamente as cargas negativas desse sistema deslocam-se para a placa do eletroscópio mais próximo ao bastão. Com isso, o sistema apresenta-se com cargas livres positivas espalhadas de ambos os eletroscópios. Quando encosta-se o dedo no sistema, as cargas livres neutralizam-se com os elétrons da Terra.

5. Questionário:

1. O que ocorre quando atritamos a barra?R: Ao atritarmos a barra com papel estamos retirando elétrons da barra, ou seja, estamos retirando carga, fazendo assim com que a barra, antes eletricamente neutra, esteja agora carregada.

2. Justifique a reação observada no eletroscópio para cada item de observação.R: Cargas opostas a do bastão se movem para a placa, deixando o eixo e o ponteiro com cargas iguais a do bastão, que se repelem. Ao tocarmos com o

dedo, retiramos as cargas da placa e ao afastarmos o dedo e o bastão, todo o eletroscópio terá um só tipo de carga. Quando tocamos as placas dos eletroscópios às cargas opostas ao bastão se dirigem para o eletroscópio mais próximo dele, enquanto os demais ficam com as cargas opostas.

3. Já que a posição da barra eletricamente carregada faz variar a indicação do eletroscópio, o que um eletroscópio registra?R: O eletroscópio demonstra o movimento das cargas devido ao seu sinal.

4. Em que item verificamos a existência de mais de um tipo de carga elétrica?R: Verificamos essa existência desde o segundo item, quando verificamos que ao aproximar o bastão carregado, cargas de sinais contrários se deslocam para perto dele deixando a parte mais afastada carregada com carga oposta a da barra.

5. Como você explica as observações do oitavo item do procedimento experimental:R: As observações no oitavo item do procedimento O eletroscópio perde metade de sua carga para o bastão metálico neutro. O mesmo acontece com o bastão carregado e o eletroscópio neutro. Desta forma, as cargas são transferidas entre os eletroscópios, que nunca será total, devido ao equilíbrio entre a barra e o instrumento.

6. Com base nas suas observações durante a experiência, é possível afirmar que a denominação (+ ou -) dada as cargas elétricas é justificável?R: Sim, assim como qualquer outra denominação que indique os opostos.

7. No procedimento final do item 4, que conclusão podemos tirar?R: Assim como o ocorrido com um eletroscópio, pela indução, os elétrons livres presentes no mesmo movem-se para as placas dos dois instrumentos, fazendo com que os ponteiros se abram, pois com a migração dos elétrons para a placa, a haste e os ponteiros tornam-se positivamente carregados, assim repelindo-se um do outro.

6. Conclusão:

Concluímos que vários dos efeitos da carga elétrica podem ser demonstrados pelo processo de eletrização de uma barra, juntamente com um eletroscópio. As cargas em excesso do bastão vão atrair as cargas opostas dos átomos da região de aproximação com o eletroscópio, e consequentemente vão repelir as cargas de mesmo sinal, o que justifica a inclinação do ponteiro. Supondo que a carga do bastão seja positiva.

7. Referências:

H. Moysés Nussenzveig, Curso de Física Básica, vol 3, Editora Edgard Blücher, LTDA (1999).

R. S. Serway, Física 3, 3ª edição Livros Técnicos e Científicos.

Halliday & Resnick - Física Básica, Vol III.