Você atravessa o tapete para alcançar a maçaneta da porta e ZAP! Recebe um
choque estático. Ou então, sai do frio, tira o seu chapéu e PAM! Cabelo
estático – a eletricidade estática faz seu cabelo ficar em linha reta,
arrepiado.
O que acontece? E porque a estática é um problema mais comum no inverno?
Para
entender a eletricidade estática, temos que aprender um pouco sobre a natureza
da matéria. Ou, em outras palavras, do que são feitas todas as coisas ao nosso
redor.
Tudo é feito de átomos
Imagine
um anel de ouro puro. Divida-o ao meio, separe uma metade e continue dividindo,
dividindo, dividindo… Em breve você terá um pedaço tão pequeno que não será
capaz de vê-lo sem um microscópio. Pode ser muito, muito pequeno, mas ainda é
um pedaço de ouro. Se você pudesse continuar dividindo-o em pedaços cada vez
menores, você finalmente chegaria ao mais ínfimo pedaço de ouro possível. Ele é
chamado de átomo. Se você dividisse em pedaços menores, não seria mais ouro.
Tudo ao
nosso redor é feito de átomos. Os cientistas até agora encontraram apenas 115
tipos diferentes de átomos. Tudo que você vê é feito de diferentes combinações
desses átomos.
Peças de um átomo
Então, do
que são feitos os átomos? No meio de cada átomo existe um “núcleo”, que contém
dois tipos de pequenas partículas, chamadas prótons e nêutrons. Orbitando em
torno do núcleo estão partículas ainda menores chamadas elétrons. Os 115 tipos
de átomos são diferentes uns dos outros, porque têm diferentes números de
prótons, nêutrons e elétrons.
É útil
pensar em um modelo do átomo como semelhante ao sistema solar. O núcleo está no
centro do átomo, como o sol, o centro do sistema solar. Os elétrons orbitam ao
redor do núcleo como os planetas ao redor do sol. Assim como no sistema solar,
o núcleo é grande em comparação com os elétrons. O átomo é principalmente um
espaço vazio. E os elétrons ficam muito longe do núcleo. Embora este modelo não
seja totalmente preciso, podemos usá-lo para nos ajudar a entender a
eletricidade estática.
Cargas elétricas
Prótons,
nêutrons e elétrons são muito diferentes um do outro. Eles têm as suas próprias
propriedades ou características. Uma dessas propriedades é chamada de carga
elétrica. Os prótons têm o que chamamos de (+) carga “positiva”. Elétrons têm
uma carga “negativa” (-). Nêutrons não têm carga. A carga de um próton é igual
em força à carga de um elétron. Quando o número de prótons em um átomo é igual
ao número de elétrons, o próprio átomo não tem carga global, é neutro.
Elétrons podem se mover
Os prótons
e nêutrons no núcleo são mantidos juntos com muito rigor. Normalmente, o núcleo
não muda. Mas alguns dos elétrons exteriores podem se mover a partir de um
átomo para outro. Um átomo que perde elétrons tem mais cargas positivas
(prótons) do que cargas negativas (elétrons) – é carregado positivamente. Um
átomo que ganha elétrons tem mais partículas negativas do que positivas. Ele
tem uma carga negativa. Um átomo carregado é chamado de “íon”.
Alguns
materiais seguram seus elétrons com muito rigor – eles não se movem através
deles muito bem. Essas coisas são chamadas isolantes. Plástico, tecido, vidro e
ar seco são bons isolantes. Outros materiais têm elétrons mais “frouxos”, que
se movem através deles muito facilmente. Estes são chamados condutores. A maioria
dos metais são bons condutores.
Como
podemos mover os elétrons de um lugar para outro? Uma forma muito comum é
esfregando dois objetos. Se eles são feitos de materiais diferentes, e ambos
são isolantes, os elétrons podem ser transferidos (ou deslocados) de um para o
outro. Quanto mais atrito, maior o movimento de elétrons, e maior a carga
estática que se acumula. Vale lembrar que os cientistas acreditam que não é o
atrito ou fricção que faz com que os elétrons se movam. É simplesmente o
contato entre os dois materiais diferentes. Esfregar apenas aumenta a área de
contato entre eles.
Os opostos se atraem
Cargas
positivas e negativas se comportam de maneiras interessantes. Você já ouviu o
ditado que os opostos se atraem? Bem, é verdade. Duas coisas com cargas
opostas, ou diferentes, irão se atrair. Coisas com a mesma carga (dois
positivos ou dois negativos) irão se repelir ou se afastar.
Um objeto
carregado também irá atrair algo que é neutro. Pense em como você pode fazer um
balão parar na parede. Se você carregá-lo esfregando-o sobre seu cabelo (ele
adquiri elétrons extras e uma carga negativa), pode segurá-lo perto de um
objeto neutro. Se ele é condutor, muitos elétrons irão mover-se facilmente para
o outro lado, tão longe quanto possível do balão. Se é um isolador, os elétrons
dos átomos e moléculas só podem mover-se ligeiramente para um dos lados, para
longe do balão. Em qualquer caso, existem mais cargas positivas. Os opostos se
atraem. Isso funciona da mesma forma para os objetos neutros e carregados positivamente.
Então, o
que tudo isso tem a ver com choques estáticos? Ou eletricidade estática no
cabelo? Quando você tira o chapéu de lã, ele entra em atrito com o seu cabelo.
Os elétrons se movem a partir de seu cabelo para o chapéu. Uma carga estática
acumula-se e agora cada um de seus fios tem a mesma carga positiva. Lembre-se,
coisas com a mesma carga se repelem. Assim, os cabelos tentam chegar o mais
longe possível uns dos outros. O mais longe que podem ficar é de pé. E é assim
que a eletricidade estática provoca um dia de cabelo ruim.
Quando
você anda sobre um tapete, os elétrons se movem do tapete para você. Agora você
tem os elétrons extras e uma carga estática negativa. Quando você toca uma
maçaneta metálica (condutora), os elétrons saltam de você para ela, e você
sente o choque estático.
Nós
geralmente só percebemos a eletricidade estática no inverno, quando o ar está
muito seco. Durante o verão, o ar está mais úmido. A água no ar ajuda os
elétrons a se moverem mais rapidamente, de modo que as pessoas não acumulam uma
grande carga estática.
Séries triboelétricas
Quando
esfregamos dois materiais diferentes juntos, o que torna-se carregado
positivamente e o que se torna negativo? Os cientistas classificaram materiais
na ordem de sua capacidade de manter ou desistir de elétrons. Este ranking é
chamado de séries triboelétricas. Uma lista de alguns materiais comuns é
mostrada aqui. Sob condições ideais, se dois materiais são friccionados, o mais
alto na lista deve desistir de elétrons e tornar-se carregado positivamente.
- Sua mão;
- vidro;
- seu cabelo;
- nylon;
- lã;
- pele;
- seda;
- papel;
- algodão;
- borracha endurecida;
- poliéster;
- plástico policloreto de
vinila (PVC).
Conservação da carga
Quando
carregamos algo com eletricidade estática, nenhum elétron é feito ou destruído.
Não há novos prótons que aparecem ou desaparecem. Elétrons são apenas
transferidos de um lugar para outro. A carga elétrica permanece a mesma. Este é
o chamado princípio da conservação da carga.
Objetos
carregados criam um campo de força elétrica invisível em torno de si. A força
deste campo depende de muitas coisas, incluindo a quantidade de carga,
distância percorrida, e a forma dos objetos. Isto pode tornar-se muito complicado.
Podemos simplificar as coisas ao trabalhar com “fontes pontuais” de carga.
Charles
Coulomb descreveu pela primeira vez as forças do campo elétrico em 1780. Ele
descobriu que, para cargas pontuais, a força elétrica varia diretamente com o
produto das cargas. Em outras palavras, quanto maior a taxa, o campo é mais
forte. E o campo varia inversamente com o quadrado da distância entre as
cargas. Isto significa que quanto maior for a distância, menor a força
torna-se. Isto pode ser escrito como a fórmula: F = k (X Q1 Q2) / d2, em que F
é a força, Q1 e Q2 são as cargas, e d é a distância entre as cargas. k é a
constante de proporcionalidade, e depende do material de separação das cargas.
