ELETRICIDADE ESTÁTICA

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.