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urânio é um dos elementos mais complexos, com 92 prótons no núcleo e 92 elétrons em órbita. RESERVADO 25 Capítulo 1. Eletrostática Quando um átomo recebe ou perde elétrons, fica eletricamente carregado, sendo chamado de íon. O átomo que perde elétrons fica positivo e é chamado de cátion. Se ganha elétrons fica negativo e é chamado de ânion. Sendo assim: Ânion (-) Íon Cátion (+) íon negativo átomo eletricamente íon positivo carregado +- Em um átomo neutro, ou seja, não eletrizado, o número de prótons é igual ao número de elétrons. Quando dois corpos se atritam, há transferência de elétrons de um corpo para o outro. Aquele que perde elétrons apresenta-se com excesso de prótons, ficando eletrizado positivamente. O outro fica eletrizado negativamente, pois se apresenta com excesso de elétrons. No processo de eletrização o número total de prótons e elétrons não se altera, há apenas uma separação das cargas elétricas. Não há, portanto, criação nem destruição de carga elétrica, isto é, a carga total é conservada. Os prótons e os nêutrons estão localizados no núcleo do átomo e não podem ser deslocados de suas posições pelo simples atrito de um corpo com o outro. Por atrito, apenas os elétrons podem ser trocados entre dois corpos. RESERVADO 26 Alta Competência O atrito entre os corpos é uma maneira de fazer com que eles se aproximem para que os átomos de um possam interagir com os átomos do outro. O átomo que exercer menor força sobre eles perderá elétrons, de forma que um mesmo corpo poderá ser eletrizado positiva ou negativamente, dependendo do corpo com o qual for atritado. No seu dia-a-dia, certamente, você já ouviu falar que “os opostos se atraem”. De onde vem esta afirmação? Existem dois tipos de cargas elétricas: positivas e negativas. Cargas com sinais iguais se repelem. Cargas com sinais opostos se atraem. Um corpo eletrizado com carga positiva atrai um corpo eletrizado com carga negativa e repele outro eletrizado positivamente como ele. Da mesma forma, um corpo com carga negativa irá atrair um corpo com carga positiva e repelir outro com carga negativa. Para entender e fixar melhor, observe a ilustração a seguir. F FF F Cargas elétricas com sinais iguais se repelem e com sinais opostos se atraem. No entanto, um corpo eletrizado negativamente ou positivamente sempre atrai um corpo neutro, ou seja, aquele com carga elétrica nula. Sabe por que isto acontece? Ao ser aproximado, o corpo eletrizado provoca a separação das cargas do corpo com carga nula. Em seguida, as cargas de sinal contrário ao do corpo eletrizado ficam mais próximas dele, provocando a atração entre eles. RESERVADO 27 Capítulo 1. Eletrostática O fenômeno de separação das cargas elétricas nos condutores de eletricidade é provocado por indução eletrostática, que é o movimento de elétrons livres. Elétrons livres são os elétrons da última camada que, por serem facilmente separados, podem migrar de um átomo para outro. atenÇÃo Nos materiais isolantes, o fenômeno é provocado pela polarização das moléculas. Vamos a definições mais importantes, para que possamos avançar nos estudos. 1.2.1. Isolantes elétricos ou dielétricos Ao contrário dos condutores, existem sólidos nos quais os elétrons estão firmemente presos aos respectivos átomos. Estas substâncias não possuem elétrons livres ou sua quantidade é relativamente pequena, não sendo possível, por isso, fazer o deslocamento de carga elétrica através delas. Estas substâncias são denominadas isolantes elétricos ou dielétricos. Exemplos: porcelana, plástico, vidro, borracha, papel e madeira. 1.2.2. Condutores de eletricidade Todos os corpos são constituídos por átomos que possuem partículas eletrizadas (prótons e elétrons). Quando vários átomos se reúnem para formar sólidos específicos (exemplo: metais), os elétrons das órbitas mais externas não permanecem ligados aos respectivos átomos e adquirem a capacidade de se movimentar no interior deste sólido. Estes elétrons são denominados elétrons livres. É possível transportar a carga elétrica através dos sólidos que possuam elétrons livres. RESERVADO 28 Alta Competência Estas substâncias são conhecidas como condutores de eletricidade. Quanto ao fato de um corpo eletrizado sempre atrair um corpo neutro, é interessante notar que se ao ser atraído o corpo neutro entrar em contato com o corpo eletrizado, poderá haver uma troca de cargas entre esses dois corpos, de modo que o corpo neutro também fique eletrizado com a carga de mesmo sinal do primeiro. Caso isso ocorra, haverá repulsão entre os dois corpos após o contato entre eles. Para entender melhor, observe a ilustração a seguir. A A A B (a) (b) (c) B B a) Um corpo eletrizado A, ao se aproximar de um corpo neutro B, provoca neste uma separação de cargas, que resulta na atração entre os dois corpos. b) Se os dois corpos se tocarem, haverá transferência de carga negativa do corpo B para o corpo A, neutralizando parte da carga positiva de A. c) Os dois corpos irão passar a ter, então, carga de mesmo sinal e, conseqüentemente, a se repelir. Nas primeiras observações dos fenômenos elétricos, constatou-se que os corpos eletrizados tinham a capacidade de atrair outros corpos. Atualmente, sabe- se que um corpo eletrizado também pode repelir outros corpos. RESERVADO 29 Capítulo 1. Eletrostática 1.3. Força elétrica e Lei de Coulomb A carga elétrica de um corpo, representada por Q ou q, pode ser definida como a quantidade de elétrons que um corpo perdeu ou ganhou. A unidade de carga elétrica é o Coulomb (C). Um elétron possui uma carga de 1,6 x 10-19C, ou seja, para se formar 1 Coulomb são necessários 6,25 x 1018 elétrons. Considerando dois corpos eletrizados com cargas Q1 e Q2, separados por uma distância r, sabe-se que haverá uma força de atração ou de repulsão entre eles, dependendo do sinal de suas cargas. Se o tamanho dos corpos eletrizados for muito pequeno em relação à distância r entre eles, as dimensões dos corpos são consideradas desprezíveis e as cargas são conhecidas como cargas puntuais. O cientista francês Charles Augustin de Coulomb (1.736-1.806) estudou o fenômeno da força elétrica e, após algumas constatações, elaborou um dos princípios fundamentais da eletricidade, hoje conhecido como a Lei de Coulomb. O que Coulomb constatou? Que a força elétrica é diretamente proporcional às cargas • Q1 e Q2, sendo proporcional ao produto delas: F α Q1 * Q2; Que a força elétrica é inversamente proporcional à distância • r entre as cargas: F α 1/r; Que a força elétrica depende do meio em que as cargas estão • inseridas, sendo maior no vácuo do que em qualquer outro meio. RESERVADO 30 Alta Competência LEI DE COULOMB Duas cargas puntuais, Q1 e Q2, separadas por uma distância r, situadas no vácuo, se atraem ou se repelem com uma força F dada por: F = k0*Q1*Q2 / r 2 ,onde: K0 é a constante de proporcionalidade para o vácuo e, no Sistema Internacional de Unidades (SI), vale 9,0 * 109 N • m/C2. Se essas cargas forem mergulhadas em um meio material, o valor entre elas torna-se K vezes menor, onde K é a constante dielétrica desse meio. Conheça a constante dielétrica de alguns meios materiais: Constante dielétrica de alguns meios materiais Co ns ta nt e di el ét ric a (K ) 0 20 40 60 80 100 Vá cu o Ar Be nz en o Âm ba r Vid ro Ól eo Mi ca Gl ice rin a Ág ua Meio material 1 1,0006 2 2,7 3,7 4 5,4 56,2 80 1.3.1. Campo elétrico Uma carga elétrica Q qualquer cria em torno de si um campo elétrico, de forma que qualquer