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Experimento I – Eletrostática Anna Beatriz Ferreira, Bernardo Murta Bastos, Luan Carvalho Leite, Ludmilla Junia Rocha Turma 37A GFI146 – Laboratório de Física C – Departamento de Física Universidade Federal de Lavras – Prof. Dr. Raphael Sanches Resumo. Este trabalho tem como objetivo explicar e analisar as transferências de cargas elétricas entre os corpos, que se trata do fenômeno da eletrização. Neste relatório abordaremos os três modos que essa transferência pode ocorrer, sendo eles: pela indução, pelo atrito e pelo contato. Discutiremos mais adiante como se dá cada uma dessas transferências e toda a física por trás desse fenômeno eletrizante. Palavras chave: eletrização, experimento, eletricidade

Introdução O estudo sobre a eletricidade é algo que já tem um longo tempo e vem sendo discutido e analisado desde a Grécia Antiga, aproximadamente no século VI a.c. Foi o filósofo Thales de Mileto que começou esses estudos, quando ele, após esfregar uma resina vegetal petrificada chamada âmbar, elektron em grego, na pele e na lã de alguns animais, percebeu que esse material adquiria a capacidade de atrair pequenos objetos para perto de si, tais como penas, fragmentos de madeira e palha.[1] Passado um grande período de tempo, mais especificamente no século XVIII, foi descoberto que a capacidade de atrair coisas para perto de si poderia também ocorrer a partir do contato de um objeto com o outro. Ademais, notaram que certos materiais, quando eletrizados, se repeliam no momento em que eram dispostos nas imediações uns dos outros. Tendo descoberto isso, logo perceberam que existia não apenas uma carga, mas duas, o que posteriormente ficaria conhecido como positivo e negativo.[2] Com isso, tendo como referência toda essa base histórica, foram realizados experimentos semelhantes a esses citados acima, porém com alguns materiais diferentes, os quais serão listados mais adiante, com o objetivo de analisar, de forma experimental, as transferências de cargas elétricas de um objeto para o outro pelos três modos conhecidos. São eles: atrito, contato e indução.

Procedimento Experimental Parte I Nesta parte do experimento será estudado o processo de eletrização por atrito, para isso será necessário o uso de alguns objetos: âmbar, penas, canudos plásticos, papel toalha e garrafa pet.

Primeiro, inicia-se o experimento esfregando o âmbar no cabelo, eletrizando-o, depois, aproximamos o objeto das penas, fazendo com que as mesmas sejam atraídas pelo âmbar. Outra etapa do experimento consiste em atritar o canudo plástico com o papel toalha, se eletrizando mais facilmente do que o âmbar, após eletrizado, encosta-se o canudo na parede e pode-se perceber que o mesmo não cai. Mas, passar os dedos no canudo eletrizado faz com que ele volte a ser neutro, e ao encostá-lo na parede percebe-se que não há aderência. Por fim, apoia-se o canudo eletrizado através do atrito com o papel toalha na tampa de uma garrafa pet e aproxima-se uma das mãos, e assim é possível observar a atração entre o canudo e a mão. Mas, ao aproximar um outro canudo eletrizado ao invés da mão, observa-se que eles se repelem, indo para sentidos opostos. Parte II Nesta parte do experimento será estudado o processo de eletrização por contato e indução, para isso será necessário o uso de alguns objetos: agulha, papel higiênico, canudo plástico, copo, massa para modelar, isopor, plástico, fita adesiva, tampa metálica. Para a montagem do experimento, a agulha é espetada na massa de modelar e a mesma é apoiada em cima do copo, o canudo é dobrado ao meio e equilibrado em cima da agulha, formando uma espécie de “chapéu”. Após isso, com a ajuda da fita adesiva, a ponta de um canudo é prendida à tampa metálica, isso é feito para que o corpo humano não interfira e tenha contato com a tampa, pois isso influenciará nos resultados do experimento. Primeiro, inicia-se o experimento esfregando dois canudos no papel higiênico , eletrizando-os negativamente, depois, um é equilibrado no topo da agulha e o outro é esfregado na tampa metálica, fazendo com que a tampa seja eletrizada por contato. Ao aproximá-la do canudo equilibrado,

percebe-se que eles se repelem, indo para sentidos opostos, isso ocorre porque ambos estão eletrizados negativamente, e segundo as leis da eletrostática, cargas de mesmo sinal se repelem, assim como cargas de sinais diferentes se atraem. Por fim, repetiu-se o mesmo processo, porém, em vez de esfregar o canudo eletrizado na tampa metálica, ele é aproximado (sem encostar) de uma extremidade enquanto um dedo é encostado na outra, tendo assim o processo de eletrização por indução. Ao aproximá-la do canudo equilibrado, percebe-se que eles se atraem, isso ocorre porque, através da indução, a tampa foi carregada positivamente. Resultados e Discussão Parte I Inicialmente devemos relembrar os conceitos básicos que compõem uma matéria: Elétrons, prótons e nêutrons. Com base no funcionamento deles podemos nos redirecionar ao experimento um que se trata da eletrização por atrito. Basicamente este experimento se trata de uma transferência de elétrons de um corpo para outro, em que um fica eletrizado positivamente e o outro negativamente. Inicialmente ambos estão eletricamente nêutrons, ou seja, o número total de prótons e elétrons neles são iguais. Ao atritarmos os dois materiais, os átomos de um interagem com os átomos do outro e o que exercer menor força irá perder os elétrons. No caso do experimento, o plástico do canudo vai retirar os elétrons do papel e ficar eletrizado negativamente. Quando o canudo se aproximar da parede vai se prender a ela, pois as cargas negativas da parede vão ser repelidas com as cargas negativas do canudo, e com isso a região deles passam a ter cargas de magnitude opostas e, consequentemente, se atraem. Logo em seguida, quando passamos a mão no canudo, podemos observar que ele não vai mais grudar na parede novamente. Este fenômeno ocorre porque quando colocamos em contato nossa mão no canudo, as cargas elétricas (ou pelo menos parte delas) do canudo de plástico são neutralizadas, e isso faz com que ele se desprenda da parede. Uma outra forma de demonstrar essas forças elétricas, foi a de apoiar o mesmo canudo eletrizado com papel higiênico em cima da garrafa pet e colocar uma das mãos perto. O canudo vai ser atraído pela mão do experimentador pois ele está eletrizado negativamente e a mão está neutra. Vale destacar que a eletrização por atrito ocorre também não só com materiais isolantes como vidro, resina e lã, mas também com materiais condutores. A diferença é que em materiais isolantes as cargas se mantêm na região atritada, já nos condutores as cargas se espalham por todo o corpo devido a alta capacidade de condução.

Parte II A eletrização por contato ocorre quando dois condutores estão em contato físico um com o outro. Assim, os elétrons livres são responsáveis por conduzir e redistribuir carga nos dois condutores. É possível fazer eletrização por contato com cargas positivas e com cargas negativas. A eletrização por contato de cargas negativas acontece quando, por exemplo, uma pequena esfera metálica (conectada a um cabo bem isolado), com elétrons em excesso, se aproxima em direção à uma esfera metálica maior, que está neutra e isolada. A área de contato permite a condução de elétrons livres que se difundem nas superfícies dos dois condutores. No caso da eletrização por contato de cargas positivas, elas acontecem quando, por exemplo, um condutor (1) que era inicialmente neutro é colocado em contato com um outro condutor (2) carregado positivamente. Com o contato entre eles, elétrons livres do condutor (1) serão atraídos e conduzidos para o condutor (2), preenchendo os “espaços” abertos ocasionados pela falta de elétrons. Isso ocorre até que as cargas redistribuídas atinjam uma distribuição de equilíbrio. O processo de eletrização por contato envolve mover elétrons livres sob a força do campo elétrico gerado pelo excesso de carga, até que a força em cada elétron seja equilibrada. Se um dos objetos for isolado porque não há elétrons livres, dificilmente haverá eletrização por condução. Como foi exemplificado, quando ocorre eletrização por contato, ambos os corpos ficam com as mesmas cargas, sendo assim a sua força de repulsão é igual para ambos os corpos. Por outro lado, para a eletrização por indução ocorrer, não necessita de haver contato entre os corpos, somente de um corpo eletrizado se aproximar de um corpo, inicialmente neutro, o corpo indutor consegue transferir cargas ao condutor (neutro). O condutor continuará neutro, porém, a área do condutor mais próxima ao indutor ficará com excesso de carga de sinal oposto do corpo eletrizado. Em geral, os metais são bons condutores elétricos e, portanto, são utilizados em projetos que se necessita de eletrização por condução, em experimentos laboratoriais e até mesmo na transmissão de corrente elétrica, entretanto, não são os únicos condutores, visto que, alguns sais, quando dissolvidos em meio líquido, também permitem a formação de correntes elétricas.

Conclusão Nesse experimento pode-se perceber a importância do processo de eletrização por atrito, contato e indução. Através deste, é possível perceber como diferentes corpos se comportam ao

serem eletrizados e interagirem entre si, além de os princípios físicos por trás de cada um. A eletrização por atrito, como o próprio nome diz, ocorre através do atrito entre dois materiais, em que um deles, de acordo com sua capacidade de eletrização, fica eletrizado negativamente e o outro positivamente. A eletrização por contato, segue o mesmo princípio, porém os elétrons são transferidos para a tampa metálica através do contato com um objeto já eletrizado, neste caso, o canudo. A eletrização por indução ocorre sem o contato entre os corpos, um corpo eletrizado ao se aproximar de um corpo, inicialmente neutro, consegue transferir cargas ao condutor (neutro). A tampa metálica continuará neutra, porém, a área da tampa metálica mais próxima ao canudo ficará com excesso de carga de sinal oposto do corpo eletrizado, ou seja, o canudo. Por fim, entende-se que este experimento foi de fundamental importância para a compreensão dos princípios físicos da eletrostática. Referências [1] ANJOS, T. A História da Eletricidade. Mundo Educação. Disponível em: . Acesso em: 28 jan. 2021. [2] SANTOS, J. Carga Elétrica e Eletrização. educacao.globo.com. Disponível em: . Acesso em: 28 jan. 2021. [3] BEATRIZ, A; MÁXIMO, A. Curso de física. 6 edição. Editora scipione, 2006. [4] BARDINI, R. Eletrização por atrito. Disponível em: https://www.coladaweb.com/fisica/eletricidade/elet rizacao-por-atrito . Acesso em 1/02/21....