A carga elétrica está à sua volta, mas você só a percebe em raras ocasiões, como quando seu cabelo fica arrepiado depois de tirar um chapéu ou quando você dá um zunido agudo ao tocar em algo depois de esfregar os pés ao longo do tapete.
Esses dois fenômenos são exemplos de eletricidade estática, algo que você provavelmente aprendeu quando era criança. Mas como a carga estática faz seu cabelo arrepiar e por que ela pode causar um choque estático?
O que realmente está acontecendo no nível atômico que produz essas experiências universais? Aprender os detalhes sobre a eletricidade estática fornece uma visão muito mais detalhada dessa fascinante propriedade da matéria.
Os princípios da carga elétrica
A carga elétrica é uma propriedade fundamental da matéria. Ele é separado em cargas positivas e negativas, e embora algumas partículas sejam eletricamente neutras - como o nêutron -, na verdade são compostas de partículas ainda mais fundamentais que carregam uma carga elétrica. > As duas partículas carregadas mais importantes a serem conhecidas quando você aprender sobre eletricidade estática são dois dos principais componentes de um átomo: prótons e elétrons.
Os prótons são carregados positivamente, com uma carga de + e Por outro lado, enquanto os elétrons estão carregados negativamente em - e A regra fundamental para o funcionamento da carga elétrica é que cargas opostas atraem e repelem cargas semelhantes. Portanto, se você trouxesse um elétron para perto de outro elétron, eles se separariam, enquanto que se você trouxesse um elétron para perto de um próton, ele seria atraído por ele. No mais básico nível, eletricidade estática simplesmente se refere a cargas que não estão se movendo. No entanto, há muito mais do que isso! O principal da eletricidade estática é que ela ocorre quando há um desequilíbrio de carga, e esse desequilíbrio cria essencialmente potencial elétrico, o que significa que existe o potencial da corrente elétrica fluir (para reequilibrar a carga) devido às posições de carga. carregando partículas. Nos átomos e, por extensão, na maioria dos objetos do cotidiano, há um equilíbrio entre as cargas positivas e negativas (ou seja, entre os prótons e os elétrons), de modo que elas são eletricamente neutras quando consideradas em conjunto. > Então, se você aproximasse um átomo de outro, não haveria força elétrica entre eles, porque todas as cargas positivas são equilibradas por cargas negativas; portanto, não há carga líquida para gerar uma força. Em essência, quando um objeto (como o seu cabelo depois de esfregar um balão nele) ganha um excesso ou um déficit de carga (mais ou menos elétrons do que em seu estado normal). ), ele não é mais neutro e pode gerar o que você chama de eletricidade estática. Por outro lado, a eletricidade comum é um movimento contínuo A eletricidade estática depende fundamentalmente de um desequilíbrio entre cargas positivas e negativas, mas na verdade são apenas os elétrons que realmente se movem para criar isso. desequilíbrio. Em um átomo, os prótons estão fortemente ligados ao núcleo (junto com os nêutrons), e ambos são consideravelmente mais pesados que os elétrons carregados negativamente que ficam em uma "nuvem" ao redor do lado de fora do núcleo. Como essas partículas mais leves estão do lado de fora, quando um objeto entra em contato com outro, são os elétrons que podem ser transferidos entre eles, e esfregá-los juntos aumenta a taxa de acúmulo de carga. Portanto, se um objeto capta elétrons extras, fica carregado negativamente, enquanto que se perde elétrons fica carregado positivamente. Os materiais isolantes mantêm uma carga estática bem, enquanto um bom condutor mantém apenas uma carga estática em certos pontos. situações. Um condutor que recebe elétrons extras não retém uma carga estática porque os elétrons podem fluir livremente por todo o material (que é a definição de um bom condutor). Portanto, qualquer acúmulo de carga se dissipa muito rapidamente para criar eletricidade estática perceptível , e pode ser transferido para outros objetos, a menos que esteja completamente isolado do resto do ambiente. Como a corrente não pode fluir em um isolador, o acúmulo estático cria rapidamente um notável desequilíbrio de carga e, portanto, gera eletricidade estática. Porque cargas iguais se repelem e cargas opostas se atraem, quando algo tem uma carga estática. ele gruda em itens carregados de maneira oposta, e às vezes também pode polarizar átomos em um objeto neutro e grudar nele também - da mesma forma que um balão gruda na parede depois de esfregá-lo na cabeça. Se a carga Se o acúmulo for grande o suficiente e for alcançada uma tensão relativamente alta entre as duas superfícies ou objetos, a carga pode saltar de um objeto para outro. É por isso que você pode se livrar do choque estático se esfregar os pés no chão e tocar em uma maçaneta da porta. Existem muitos exemplos de eletricidade estática que você encontro na vida cotidiana, mesmo que você não pense necessariamente no papel que a carga estática desempenha em sua operação. Um exemplo particularmente comum é a aderência estática à roupa, especialmente depois de usar o secador, que mantém o ideal condições para que a eletricidade estática se desenvolva, e também envolve esfregar as roupas umas contra as outras e, potencialmente, pegar elétrons extras no caminho. O choque estático das roupas carregadas dessa maneira tende a ser bem pequeno, mas você definitivamente ainda percebe quando recebe uma! As fotocopiadoras são um ótimo exemplo de como a eletricidade estática pode ser bem utilizada. A luz brilhante que digitaliza o documento cria uma "sombra" elétrica da imagem em uma correia fotocondutora (sensível à luz) e, à medida que a correia gira, capta partículas de toner com carga negativa por causa da carga estática. Por trás disso, outro cinto traz uma folha de papel, fornecendo uma forte carga estática positiva no processo. Quando as cargas negativas do toner atendem às cargas positivas no papel, o toner é impresso no pedaço de papel, no mesmo padrão da sombra captada pelo cinto fotocondutor. Outro exemplo de volta a uma aula de física na escola: o gerador Van de Graaff e a demonstração clássica em que alguém tocando a esfera tem o cabelo arrepiado. O gerador funciona com base no movimento de cargas elétricas estáticas, com uma correia móvel percorrendo o comprimento do dispositivo e dois "pentes" metálicos para controlar a carga estática. Um pente com carga positiva na parte inferior ( conectado a um suprimento de eletricidade) extrai elétrons da correia, deixando-a com uma carga líquida positiva, e essa carga é captada por um pente na parte superior, que a espalha pela grande cúpula na parte superior. Se você tocar na cúpula durante o processo de carregamento, fios individuais do seu cabelo pegam cargas correspondentes e se repelem, fazendo com que fiquem em pé! Os raios são uma demonstração muito dramática do poder da eletricidade estática, e Benjamin Franklin provou isso em uma das demonstrações científicas mais conhecidas de todos os tempos, amarrando a chave de uma pipa molhada durante uma tempestade. Embora seja um mito que o Na verdade, a pipa foi atingida por um raio (isso provavelmente mataria Franklin), o campo elétrico da tempestade foi capturado pela corda, que - bem como a demonstração clássica do gerador Van de Graaff - fez com que os fios do fio permanecessem fim. Finalmente, Franklin tocou a tecla e sentiu o choque de um choque estático, demonstrando claramente a ligação entre eletricidade e raio. É claro que os cientistas forneceram muitos mais detalhes sobre o processo desde os dias de Benjamin Franklin. Como roupas esfregando uma na outra na secadora ou um balão esfregando no seu cabelo, a carga estática que cria um raio provém do atrito e dos cristais de gelo no ar frio que encontram as gotas de água de uma massa de ar quente. A carga se acumula em diferentes locais da nuvem e, quando há uma diferença suficientemente alta no potencial elétrico entre esses locais (por exemplo, uma tensão suficientemente alta), ela é liberada na forma de um raio. Isso geralmente ocorre dentro das nuvens ou entre duas nuvens, mas, ocasionalmente, o raio atinge o chão. O acúmulo de carga estática causada por fricção e fricção é tecnicamente chamado efeito triboelétrico e, com base neste artigo, você já conhece os detalhes do que causa isso e como funciona. Os objetos que entram em contato um com o outro levam um deles a pegar elétrons extras (todos carregando cargas negativas) e o outro a desenvolver um déficit de elétrons e, portanto, uma carga líquida positiva. No entanto, o grau em que diferentes os materiais captam carga negativa ou perdem elétrons e ganham uma carga positiva varia de acordo com as características do material. Embora os isoladores sejam geralmente melhores em captar a carga estática, diferentes isoladores a capturam em taxas diferentes. Por exemplo, a maioria dos tipos de borracha e, em particular, o Teflon, captam elétrons com muita facilidade e, portanto, são ótimos para demonstrações e peças de tecnologia dependentes da eletricidade estática. Os materiais diferem com base em sua "eletronegatividade", que basicamente significa sua afinidade com elétrons ou sua tendência de buscá-los em outros objetos. A série triboelétrica coloca diferentes materiais em ordem com base em sua capacidade de captar um resultado positivo. Os itens colocados na parte superior da série triboelétrica são propensos a captar uma carga positiva, enquanto os da parte inferior têm maior probabilidade de ganhar elétrons e captar uma carga negativa como resultado. Quanto maior a separação entre dois itens da série triboelétrica, mais os atrapalha criando uma carga estática nos dois. Por exemplo, uma única faísca da eletricidade estática pode inflamar líquidos inflamáveis ou gases e potencialmente resultar em uma explosão. O acúmulo estático de deslizar sobre a cadeirinha pode até causar um problema quando se trata de reabastecer seu gás, e você deve sempre tocar na parte metálica do carro antes de encher. Claro, na maioria das vezes, a eletricidade estática é realmente apenas um fenômeno interessante, mas entender como funciona pode ajudar a evitar a catástrofe em algumas situações.
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\u003d 1.602 × 10 - 19 C. OC aqui representa coulombs, que é a unidade SI para carga elétrica. Os 10 - 19 informa que as partículas carregadas têm valores de carga muito pequenos em comparação com um coulomb - duas cargas de apenas 1 C separadas por um metro gerariam uma força maior que a pressão de o impulso de lançamento do foguete Saturno V!
Definição de eletricidade estática
< Embora seja realmente um pouco mais complicado do que isso (porque os elétrons sempre se movem, para que eles nem sempre bloqueiem a carga positiva dos prótons), essa situação neutra cria um contraste claro com o que acontece quandohá um acúmulo de carga estática.
carga (na forma de elétrons em uma corrente elétrica), enquanto a eletricidade estática não envolve movimento até que as cargas se reequilibram - e, possivelmente, dar-lhe um zap nítido no processo!
Como funciona a eletricidade estática
Exemplos de eletricidade estática
Experiência de Kite de Benjamin Franklin
Série Triboelétrica
Os perigos da eletricidade estática
Enquanto a maioria das demonstrações de eletricidade estática Como exibições divertidas ou pequenas curiosidades que você encontra na vida cotidiana, é importante lembrar que a carga estática indesejada pode ter sérias conseqüências.
