Fisica3 (Eletromagnetismo)

CARGAS ELÉTRICAS 3
partículas de toner presentes no tambor, que são fixadas permanentemente no papel
por aquecimento para produzir uma cópia do documento.
21 -3 Condutores e Isolantes
Os materiais podem ser classificados de acordo com a facilidade com a qual as cargas
elétricas se movem no seu interior. Nos condutores, como o cobre dos fios elétricos,
o corpo humano e a água de torneira, as cargas elétricas se movem com facilidade.
Nos não condutores, também conhecidos como isolantes, como os plásticos do
isolamento dos fios, a borracha, o vidro e a água destilada, as cargas não se movem.
Os semicondutores, como o silício e o germânio, possuem propriedades elétricas
intermediárias entre as dos condutores e as dos não condutores. Os supercondutores
são condutores perfeitos, materiais nos quais as cargas se movem sem encontrar
nenhuma resistência. Neste e nos próximos capítulos, discutiremos apenas os condutores
e os não condutores.
Vamos começar com um exemplo de como a condução de eletricidade pode eliminar
o excesso de cargas. Quando friccionamos uma barra de cobre com um pedaço
de lã, cargas são transferidas da lã para o cobre. Entretanto, se você segurar ao mesmo
tempo a barra de cobre e uma torneira, a barra de cobre não ficará carregada. O que
acontece é que você, a barra de cobre e a torneira são condutores que estão ligados,
através do encanamento, a um imenso condutor, que é a Terra. Como as cargas em
excesso depositadas no cobre pela lã se repelem, afastam-se umas das outras passando
primeiro para a sua mão, depois para a torneira e finalmente para a Terra, onde se
espalham. O processo deixa a barra de cobre eletricamente neutra.
Quando estabelecemos um caminho entre um objeto e a Terra constituído unicamente
por materiais condutores, dizemos que o objeto está aterrado; quando a
carga de um objeto é neutralizada pela eliminação do excesso de cargas positivas
ou negativas através da Terra, dizemos que o objeto foi descarregado. Se você usar
uma luva feita de material não condutor para segurar a barra de cobre, o caminho
de condutores até a Terra estará interrompido e a barra ficará carregada por atrito (a
carga permanecerá na barra) enquanto você não tocar nela com a mão nua.
O comportamento dos condutores e não condutores se deve à estrutura e propriedades
elétricas dos átomos. Os átomos são formados por três tipos de partículas:
os prótons, que possuem carga elétrica positiva, os elétrons, que possuem carga eléaica
negativa, e os nêutrons, que não possuem carga elétrica. Os prótons e nêutrons
ocupam a região central do átomo, conhecida como núcleo.
As cargas de um próton isolado e de um elétron isolado têm o mesmo valor absoluto
e sinais opostos; um átomo eletricamente neutro contém o mesmo número
prótons e elétrons. Os elétrons são mantidos nas proximidades do núcleo porque
uem uma carga elétrica oposta à dos prótons do núcleo e, portanto, são atraídos
o núcleo.
Quando os átomos de um material çondutor como o cobre se unem para formar
ólido, alguns dos elétrons mais afastados do núcleo (que estão, portanto, sub-
.dos a uma força de atração menor) se tornam livres para vagar pelo material,
·xando para trás átomos positivamente carregados (íons positivos). Esses elétrons
• ·eis recebem o nome de elétrons de condução. Os materiais não condutores posum
número muito pequeno, ou mesmo nulo, de elétrons de condução.
O experimento da Fig. 21-4 demonstra a mobilidade das cargas em um material
tor. Uma barra de plástico negativamente carregada atrai a extremidade de uma
neutra de cobre que estiver mais próxima. O que acontece é que os elétrons de
u, ão da extremidade mais próxima da barra de cobre são repelidos pela carga
_ ·ya da barra de plástico. Alguns desses elétrons de condução se acumulam na
extremidade da barra de cobre, deixando a extremidade mais próxima com uma
de elétrons e, portanto, com uma carga total positiva. Como está mais próxima
de plástico, esta carga positiva é atraída pela carga negativa da barra de plás­
.::om mais força do que a carga negativa que se acumulou na outra extremidade é
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Figura 21-4 Uma barra de cobre
neutra é isolada eletricamente da
terra ao ser suspensa por um fio de
material não condutor. Uma barra de
plástico eletricamente carregada atrai
a extremidade da barra de cobre que
estiver mais próxima. Isso acontece
porque os elétrons de condução da
barra de cobre são repelidos para a
extremidade mai s afastada da barra pela
carga negativa da barra de plástico,
deixando a extremidade mais próxima
com uma carga total positiva. Como está
mais próxima, a carga positiva é atraída
pela carga negativa da barra de plástico
com mais força do que a carga negativa
que se acumulou na outra extremidade
é repelida, o que produz uma rotação da
barra de cobre.