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
Eletrostática no dia a dia
Para você ter ideia da importância da eletrostática, vamos apresentar algumas situações do dia a dia, bem como algumas aplicações tecnológicas contemporâneas. No início do capítulo você viu que os relâmpagos que vemos em dias de tempestade resultam de processos de descargas elétricas entre nuvens
No início do século 20, o Conde alemão Ferdinand Von Zeppelin começou a construir os dirigíveis que ele inventou por volta de 1874. Esses dirigíveis eram popularmente conhecidos como Zepelim, e voavam graças ao seu tanque cheio de gás hidrogênio. Foram fabricados vários modelos, sendo esse da foto, o LZ 129 Hindenburg, o mais famoso, que teve um fim trágico. Depois do acidente com esse modelo, em 1937, o hidrogênio foi substituído pelo gás hélio.
A principal hipótese do incêndio durante a manobra de pouso, em Nova Jersey, nos EUA, é de que o dirigível ficou eletricamente carregado depois de atravessar uma tempestade. Durante o pouso, houve uma descarga elétrica e por coincidência houve também uma falha em uma das válvulas de hidrogênio. Rapidamente a faísca provocou o incêndio que destruiu o Hindenburg.
Assim como esse acidente com o dirigível Hindenburg, descargas eletrostáticas podem provocar acidentes em ambientes onde materiais combustíveis estão presentes, por exemplo vazamento de gás pode resultar em explosão se houver alguma faísca elétrica no ambiente.
A mais importante aplicação comercial baseada na triboeletricidade talvez seja a máquina Xerox, inventada por Chester Carlson em 1938, que originou todas as copiadoras a laser. Na figura, o primeiro equipamento, construído em 1942. Seu funcionamento é muito complexo para ser apresentado aqui.
Outra importante aplicação é o gerador Van de Graaff, bastante usado em demonstrações didáticas, mas que foi inventado em 1929 como fonte de alta tensão para aceleradores de partículas.
Na fotografia, o Van de Graaff do primeiro acelerador de partículas da Hungria, construído em 1951.Na fotografia abaixo, um Van de Graaff para uso didático, e ao lado o esquema de funcionamento.
- Esfera metálica oca (com cargas positivas);
- Eletrodo conectado à esfera. Uma escova garante o contato entre o eletrodo e a correia de borracha (4 e 5);?
- Rolo superior (acrílico);
- Lado da correia com cargas positivas;
- Lado oposto da correia, com cargas negativas;
- Rolo inferior (metal);
- Eletrodo inferior, ligado à terra;
- Esfera com cargas negativas, usada para descarregar a esfera principal
- Centelha produzida pela diferença de potencial entre a esfera principal e esfera pequena.
A correia de borracha (4,5) desliza, por meio de um motor, entre dois rolos (3,6), um de acrílico (3) e outro de metal (6). O atrito entre a correia e os rolos provoca a transferência de elétrons de um para o outro. Como a borracha é mais eletronegativa do que o acrílico, ela fica negativa depois do atrito, enquanto o rolo de acrílico fica positivo. Quando a correia passa sobre o eletrodo inferior (7), essas cargas negativas escoam para a terra. A correia fica positiva. Quando ela passa pelo eletrodo superior (2), ela captura elétrons da esfera oca (1), que fica positiva. A partir daí o processo se repete.
Com o tempo, a carga acumulada na esfera superior é tão grande que produz enorme potencial elétrico, acima de 30 mil volt (no próximo capítulo você vai saber o que é um potencial elétrico). Esse enorme potencial gera faíscas entre a esfera superior e objetos nas suas proximidades, carregados, como a esfera menor, que está negativamente carregada ou mesmo entre a esfera e uma parte do corpo humano.
