Capítulo 1: Carga Elétrica
Carlos Alberto dos Santos, Eliabe Maxsuel de Aquino, Geovani Ferreira Barbosa
Universidade Federal Rural do Semi-Árido
Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física
Eletrização por atrito ou contato em dielétricos
Tudo indica que a eletrização por atrito foi o primeiro processo descoberto pelo homem, e é por isso considerado como o início da história da eletricidade. Trata-se de um fenômeno muito mais complexo do que a ideia que os livros didáticos costumam apresentar. Portanto, convém que se tenha em mente que a abordagem que aqui será apresentada é uma simplificação do conhecimento científico disponível.
Os relatos históricos indicam que foi em Mileto, antiga Grécia, onde hoje situa-se a Turquia, que o fenômeno da eletricidade estática, ou eletrostática, foi observado em um experimento de eletrização por atrito. Isso ocorreu 600 anos antes da era cristã, e o experimento foi realizado por Tales, que ficou conhecido como Tales de Mileto. O experimento foi feito com âmbar, uma resina de árvore fossilizada. Depois que esfregou um pedaço de âmbar com peles de animais, Tales percebeu que o âmbar atraía pequenos objetos, como penas. Como a pa- lavra âmber significa elétron em grego, aquele fenômeno deu origem ao que passou a se chamar eletricidade. Mais de dois mil anos depois a palavra foi usada para denominar a partícula elementar que transporta a menor carga elé- trica na natureza, o elétron.
Nas aulas de física, o experimento é geralmente realizado com um bastão de vidro ou plástico, atritado com um pano de seda. Nesse caso, elétrons são transferidos do bastão, que fica positivo, para o pano, que fica negativo.
Você pode fazer outro experi- mento, de modo mais simples. Coloque pequenos pedaços de papel sobre uma mesa. Depois use um rolo de filmes de PVC, desses usados para embalar co- mida. Puxe uma ponta do filme e aproxime dos pedaços de papel. Alguns desses papéis serão atraídos e grudarão no filme.
De um modo geral, os livros didáticos do ensino médio apenas relatam o que acontece, como foi feito acima, sem qualquer explicação de como o fenô- meno ocorre. Essa posição dos autores de livros didáticos é compreensível por- que o fenômeno é realmente muito complexo. Mesmo depois de mais de 2600 anos de sua descoberta, ainda não há consenso na comunidade científica sobre sua explicação, embora seja um fenômeno bastante presente na tecnologia con- temporânea. Antes de apresentarmos qualquer explicação para o processo de carga por atrito, devemos abordar o modelo atômico da matéria.
Você já sabe, a matéria é constituída de átomos, cujo modelo adotado aqui é o de Bohr. Quando os átomos são colocados juntos para formar determi- nado material, seus núcleos ficam praticamente imóveis, enquanto alguns elé- trons têm uma certa liberdade para se deslocarem no material, e até mesmo podem sair do material. Esses elétrons são conhecidos como elétrons quase li- vres. Eles são os responsáveis pela corrente elétrica.
No caso de materiais condutores a explicação não é tão difícil. Veremos isso mais adiante. A explicação difícil é para o caso de materiais dielétricos.
De um modo geral, os livros didáticos apresentam
essa questão referindo-se ao atrito entre dois materiais
isolantes diferentes. Na verdade, isso também acontece
com materiais idênticos, e eventualmente nem é neces-
sário o atrito. Basta o contato. Um exemplo fácil de se
comprovar foi citado acima. É o caso de um rolo de filme
de PVC. Quando separamos uma folha do rolo, ela fica
carregada. Basta aproximarmos do nosso braço para observamos o efeito da
carga elétrica sobre os cabelos.
Mais acima você viu uma ilustração do processo de eletrização por atrito com um pedaço de seda, que ficou negativa, e um bastão de vidro que ficou positivo. Elétrons foram transferidos do vidro para a seda.
Isso tem a ver com uma propriedade que se aprende na química: a eletronegatividade, que é a tendência que um átomo possui para atrair elétrons. Quanto maior a eletronegatividade, maior a possibilidade de um material ficar negativo quando atritado contra outro com menor negatividade. Materiais vêm sendo investigados a esse respeito desde o início do século 20, cujos resultados permitiram a elaboração do que se chama de série triboelétrica. Triboeletricidade é o termo usado para se referir a todos os fenômenos da eletricidade por atrito.
É por isso que o vidro fica positivo no atrito com a seda, como se vê na ilustração acima.
Se o vidro fosse atritado com o couro ou com a pele humana seca, ele ficaria negativo.
Porque a umidade facilita o escoamento de elétrons para o meio ambiente, de modo que dificilmente os corpos ficam carregados. É por isso que os experimentos de eletrostática devem ser realizados em ambientes secos.