O que acontece com os sinais das cargas na eletrização por indução?

Confira aqui o que são os processos de eletrização e aprenda as especificidades de cada um deles: eletrização por contato, por atrito e por indução.

São denominados processos de eletrização, os processos através dos quais é possível carregar eletricamente um corpo originalmente neutro. Em outras palavras, são processos que nos permitem eletrizar corpos.

Primordialmente, os processos de eletrização são uma das bases da eletrostática.

A eletrostática é a área da física que estuda o comportamento de cargas elétricas em repouso, ou seja, cargas que não estão em movimento. Quer saber mais sobre essa área da física? Então confira nosso post sobre os principais fundamentos da eletrostática.

Primeiramente, saiba que existem três tipos principais de processos de eletrização: eletrização por contato, eletrização por atrito e eletrização por indução. Assim, a partir de agora, entraremos nos detalhes de cada um deles.

A eletrização por contato acontece quando um corpo carregado transfere uma parte de seu excesso de cargas para um corpo neutro através de um contato direto.

Por exemplo, quando um corpo negativamente carregado, ou seja, que possui um excesso de cargas negativas (elétrons) entra em contato direto com um corpo neutro, parte das suas cargas são transferidas para o corpo neutro:

Essa transferência ocorre porque as cargas em excesso possuem mesmo sinal e, portanto, se repelem, tendendo a se afastar o máximo entre si.

Note que, ao fim do processo, ambos os corpos têm um excesso de cargas negativas, ou seja, estão negativamente carregados.

Esse processo pode ocorrer também envolvendo um corpo positivamente carregado, ou seja, com excesso de cargas positivas (prótons) e um corpo neutro. Observe a imagem abaixo:

No entanto, nesse caso, nenhuma carga positiva passou do corpo eletrizado para o corpo neutro. Então, o que aconteceu?

Os prótons estão presos nos núcleos atômicos, apenas os elétrons são capazes de se mover entre os corpos. Então, alguns elétrons do corpo neutro foram transferidos para o corpo eletrizado, atraídos pelo excesso de cargas positivas.

Esse processo deixou ambos os corpos deficientes de elétrons, ou seja, positivamente carregados.

Com toda a certeza você deve ter notado nas imagens que as cargas estão sempre distribuídas uniformemente pela superfície das esferas. Isso só ocorre, no entanto, se os corpos forem feitos de materiais condutores, onde os elétrons têm total liberdade para se mover e se afastar ao máximo uns dos outros.

Dessa forma, no caso de corpos feitos de materiais isolantes, onde as cargas não possuem tanta liberdade para se mover, os elétrons trocados tendem a ficar “presos” no local onde o contato ocorreu.

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Conservação de Cargas

Em primeiro lugar, é importante lembrar que cargas elétricas não podem ser criadas ou destruídas, apenas transferidas entre os corpos.

Sendo assim, quando dois corpos de cargas inicias Q₁ e Q₂ entram em contato e trocam cargas, terminando o processo com cargas Q’₁ e Q’₂ , a soma das cargas iniciais deve ser sempre igual à soma das cargas finais:

Se os dois corpos em questão forem idênticos, ou seja, se tiverem as mesmas dimensões e a mesma forma, a carga final Q’ em cada corpo, após o contato, é a mesma e é dada por:

Em que Q₁ e Q₂ são as cargas originais dos corpos, antes do contato.

Processos de Eletrização por Atrito

A eletrização por atrito também ocorre por contato direto entre dois corpos. Só que, nesse caso, nenhum dos corpos está inicialmente carregado.

Tá, mas como isso é possível? Como o nome já diz, isso ocorre através do atrito.

Em suma, quando dois corpos, feitos de materiais diferentes são atritados, alguns elétrons de um corpo podem se desprender, sendo transferidos para o outro corpo.

Por exemplo, quando atritamos um bastão de vidro com um pedaço de seda, o vidro perde elétrons, ficando positivamente carregado, e a seda ganha esses elétrons, ficando negativamente carregada:

Tá, mas o que define qual material ganha e qual perde elétrons durante um processo de eletrização por atrito?

Existe uma ordem de prioridade entre os materiais, chamada de série triboelétrica (do grego, tribos = fricção). Confira parte dela na tabela abaixo:

Dessa maneira, quando dois materiais são atritados, aquele que estiver mais próximo da extremidade positiva da série perde elétrons e fica carregado positivamente. Analogamente, aquele que estiver mais próximo da extremidade negativa da série ganha elétrons e fica negativamente carregado.

Processo de Eletrização por Indução

A eletrização por indução é diferente, pois ocorre sem que haja contato direto entre o corpo carregado e o corpo neutro.

Tá, mas como isso acontece?

Em resumo, essa eletrização começa quando o corpo carregado se aproxima e induz a separação de cargas no corpo neutro. Assim, quando isso ocorre, dizemos que esse corpo está polarizado, porque aparecem dois polos, um positivo (onde existe um excesso de cargas positivas) e um negativo (onde existe um excesso de cargas negativas).

Observe o exemplo abaixo:

Em (a), as esferas condutoras A e B estão se tocando, logo, elas formam um único condutor neutro.

Em (b), alguém aproxima um bastão negativamente carregado da esfera A. Ao passo que as cargas negativas presentes nela tentarão se afastar ao máximo do bastão. Portanto, a esfera A fica positivamente carregada e a esfera B fica negativamente carregada.

Em (c), as esferas A e B foram separadas, sem que o bastão fosse afastado de A.

Em (d), portanto, afastamos o bastão e chegamos ao estágio final da eletrização por indução. A esfera A está carregada positivamente, a esfera B está carregada negativamente e o bastão continua com sua carga original.

Parece algo bastante teórico, né? No entanto, saiba que a eletrização por indução acontece constantemente na natureza. Por exemplo, as nuvens carregadas induzem a eletrização da superfície terrestre, gerando, por consequência, os raios. Quer saber mais sobre como isso funciona? Então confira nosso post sobre raios, trovões e relâmpagos.

Indução por Aterramento

A eletrização por indução pode ocorrer também através de um aterramento.

Observe um exemplo na imagem abaixo:

Em A, temos uma esfera condutora neutra.

Em B, aproximamos um bastão negativamente carregado que, assim, como no exemplo anterior, polariza a esfera, ou seja, causa uma separação de cargas dentro dela.

A diferença no processo acontece em C: a esfera é aterrada, ou seja, conectada com o solo através de um fio condutor, o que permite a fuga das cargas negativas para o solo.

Em D, o bastão carregado é removido.

E, finalmente, em E temos uma esfera carregada positivamente.

Indução em Materiais Isolantes

É importante notar que a polarização pode ser induzida também em materiais isolantes, mas de uma forma um pouco diferente.

Observe no exemplo abaixo o que acontece quando aproximamos um bastão carregado de um pedaço de plástico:

Dessa forma, os elétrons não podem se mover livremente em materiais isolantes, o que impede uma polarização completa. Porém, como podemos notar na imagem, cada molécula do material é polarizada, ou seja, dentro de cada molécula, um lado se torna mais positivo e o outro se torna mais negativo.

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O que acontece com os sinais das cargas na eletrização?

Como são as cargas da eletrização por indução?

O que ocorre com o sinal da carga elétrica do material quando ele sofre eletrização por contato?

O que acontece com os corpos após a eletrização por indução?