Como eletrizar um corpo neutro utilizando o princípio da indução eletrostática?

Questão 1

(UFTM) A indução eletrostática consiste no fenômeno da separação de cargas em um corpo condutor (induzido), devido à proximidade de outro corpo eletrizado (indutor).

Preparando-se para uma prova de física, um estudante anota em seu resumo os passos a serem seguidos para eletrizar um corpo neutro por indução, e a conclusão a respeito da carga adquirida por ele.

Passos a serem seguidos:

I. Aproximar o indutor do induzido, sem tocá-lo.
II. Conectar o induzido à Terra.
III. Afastar o indutor.
IV. Desconectar o induzido da Terra.

Conclusão:

No final do processo, o induzido terá adquirido cargas de sinais iguais às do indutor. Ao mostrar o resumo para seu professor, ouviu dele que, para ficar correto, ele deverá

a) inverter o passo III com IV e que sua conclusão está correta

b) inverter o passo I com II e que sua conclusão está correta

c) inverter o passo I com II e que sua conclusão está errada

d) inverter o passo III com IV e que sua conclusão está errada

e) inverter o passo II com III e que sua conclusão está errada.

Questão 3

Um exemplo da ocorrência da eletrização por indução pode ser encontrado em:

a) quando tomamos um choque ao encostar em outra pessoa

b) quando uma descarga elétrica é formada entre uma nuvem e o solo

c) quando as nuvens ficam carregadas pelo atrito entre as partículas

d) quando pequenas faíscas formam-se ao tirarmos uma blusa de frio pesada

e) quando um raio desce pelo para-raios de um prédio

Questão 4

Ao aproximarmos um corpo eletricamente carregado de um eletroscópio de folhas sem tocá-lo, é possível perceber que suas folhas, feitas de material condutor, abrem-se, indicando a presença de cargas elétricas próximas. A abertura das folhas do eletroscópio deve-se:

a) ao contato elétrico entre o corpo carregado e o eletroscópio.

b) ao surgimento de uma separação de cargas, induzida pela carga presente no corpo aproximado.

c) à eletrização por contato promovida entre o corpo carregado e o indutor.

d) à transferência de elétrons pela eletrização por atrito que surge entre o ar e o eletroscópio.

e) à lei de conservação da carga elétrica.

Respostas

Resposta Questão 1

Letra D

Para que ocorra a eletrização por indução, o indutor não pode ser afastado do induzido, pois, assim, não ocorrerá a formação da corrente elétrica pelo fio e o corpo induzido continuará neutro. Portanto, a sequência correta dos passos deve ser:

I. Aproximar o indutor do induzido, sem tocá-lo.

II. Conectar o induzido à Terra.

III. Desconectar o induzido da Terra.

IV. Afastar o indutor.

Resposta Questão 2

Letra A

Com a aproximação do indutor carregado com cargas positivas, a esfera mais próxima apresentará uma separação de cargas de forma que suas cargas negativas vão aproximar-se da carga positiva presente no indutor. Como a primeira esfera tem um acúmulo de cargas negativas em seu lado esquerdo, o seu lado direito fica com carência de elétrons, passando a apresentar carga positiva. Esse lado induz uma carga negativa na face esquerda da esfera seguinte, e assim o processo repete-se na terceira e última esfera.

Resposta Questão 3

Letra B

Vamos analisar as alternativas:

a) Falso – Nesse caso, o que ocorre é a eletrização por contato.

b) Verdadeiro – Nesse caso, a descarga elétrica surge em virtude da indução de uma grande tensão elétrica entre a nuvem e o solo.

c) Falso – Nesse caso, o que ocorre é a eletrização pelo atrito das partículas de gelo e gotículas de água.

d) Falso – Nesse caso, o que ocorre é eletrização por atrito.

e) Falso – Nesse caso, o que ocorre é eletrização por contato, promovido pelo aterramento do para-raios.

Resposta Questão 4

Letra B

Quando um corpo eletricamente carregado é colocado próximo de um eletroscópio, sua carga elétrica é capaz de induzir uma separação das cargas elétricas presentes nas folhas condutoras do eletroscópio. Para que esse processo aconteça, não é necessário que haja contato entre eles.

Os processos de eletrização são métodos onde um corpo deixa de ser eletricamente neutro e passa a estar carregado positivamente ou negativamente.

Os corpos são formados por átomos e estes são constituídos por elétrons, prótons e nêutrons, que são as principais partículas elementares.

No interior do átomo, chamado de núcleo, ficam os nêutrons e prótons. Os elétrons ficam girando ao redor do núcleo.

Essas partículas apresentam uma propriedade física chamada carga elétrica. Esta propriedade está relacionada ao fato de ocorrer uma força de atração ou de repulsão entre elas.

Os elétrons e os prótons são atraídos entre si. Os nêutrons não são nem repelidos nem atraídos por prótons ou elétrons.

Entretanto, se aproximarmos dois prótons ocorrerá uma força de repulsão e que o mesmo ocorrerá quando aproximamos dois elétrons.

Como os elétrons e os prótons se atraem, dizemos que possuem efeitos elétricos contrários. Desta forma, definiu-se que a carga elétrica dos prótons é positiva e a dos elétrons é negativa.

Os nêutrons por não apresentarem efeitos elétricos, não possuem cargas.

Dizemos que um corpo é neutro quando o número de prótons (carga positiva) é igual ao número de elétrons (carga negativa). Quando um corpo recebe ou perde elétrons ele se torna eletrizado.

Quando aproximamos dois corpos eletrizados com cargas de sinais contrários, observamos que ocorre uma força de atração. Já quando os corpos possuem cargas de sinais iguais, eles se repelem.

Note que a eletrização ocorre pela mudança no número de elétrons e não de prótons. Como estes estão localizados no núcleo dos átomos, por processos de eletrização, não é possível mudar este número.

Tipos de Eletrização

Existem três tipos de eletrização: por atrito, por contato e por indução.

Eletrização por Atrito

Os elétrons estão localizados na eletrosfera, que é a parte externa do núcleo e são mantidos girando ao seu redor por forças eletrostáticas. Contudo, esta força vai diminuindo com a distância.

Desta forma, os elétrons mais exteriores da eletrosfera são mais facilmente retirados de sua órbita. Quando esfregamos dois corpos, alguns desses elétrons migram de um corpo para o outro.

O corpo que recebeu esses elétrons ficará carregado negativamente, por sua vez, o que perdeu elétrons ficará carregado positivamente. Portanto, fica carregado positivamente quem perdeu elétrons e não quem ganhou prótons.

Receber ou perder elétrons depende da substância de que é constituído o corpo. Esse fenômeno é chamado de triboelétrico e através de experimentos em laboratório são elaborada séries triboelétricas.

Nesta tabela, os elementos são ordenados de tal modo que adquirem cargas positivas, quando atritadas por um que o segue, e com cargas negativas, quando atritadas por um que o precede na tabela.

Eletrização por Contato

Este tipo de eletrização ocorre quando um corpo condutor está carregado e entra em contato com um outro corpo. Parte da carga irá ser transferida para o outro corpo.

Neste processo, os corpos envolvidos ficam carregados com cargas de mesmo sinal e a carga do corpo que estava inicialmente eletrizado diminui.

Quando os corpos envolvidos na eletrização são condutores de mesmas dimensões e mesma forma, após o contato, terão cargas de mesmo valor.

Na figura abaixo, vemos que a menina ao encostar em uma esfera condutora eletrizada, também ficou carregada com cargas de mesmo sinal da esfera.

Prova disto, é observar que seu cabelo está "arrepiado". Como neste tipo de eletrização as cargas possuem mesmo sinal, os fios passam a se repelirem.

Exemplo

Uma esfera metálica carregada com carga positiva de módulo igual a 6Q é colocada em contato com uma outra esfera neutra, idêntica a primeira. Após o contato, as esferas são novamente separadas. Qual a carga final de cada uma das esferas?

Solução

Ao serem colocadas em contato, parte da carga da primeira esfera será transferida para a segunda esfera, como as esferas são idênticas, cada uma ficará com metade das cargas, ou seja:

Assim, cada esfera ficará carregada com carga positiva e igual a 3Q.

Eletrização por Indução

A eletrização por indução pode ocorrer sem contato entre os corpos. Quando um corpo eletrizado (indutor) é aproximado de um condutor (induzido), inicialmente neutro, induz neste uma distribuição de cargas.

O condutor permanecerá neutro, entretanto, a região do condutor mais próxima do indutor ficará com excesso de cargas de sinal contrário do corpo eletrizado.

No esquema abaixo, mostramos uma forma de eletrizar duas esferas condutoras, inicialmente neutras, usando a indução.

Ao aproximar um bastão eletrizado positivamente, os elétrons do conjunto, serão atraídos para a extremidade mais próxima ao bastão.

Mantendo ainda o bastão na mesma posição, separamos as esferas. Assim, a esfera mais próxima do bastão ficará com excesso de cargas negativas, enquanto a outra esfera ficará com falta de elétrons, ou seja, carregada positivamente.

Poderíamos ainda, fazer o mesmo processo para eletrizar uma única esfera. Neste caso, seria necessário fazer uma conexão com a Terra (aterramento), para que o condutor ficasse carregado com carga oposta do bastão.

Condutores e isolantes

Quanto à mobilidade das cargas elétricas, os materiais podem ser condutores ou isolantes.

Os materiais que ao serem eletrizados as cargas se espalham imediatamente por toda a sua extensão, são chamados de condutores elétricos, sendo um exemplo os metais.

Outros materiais, ao contrário, conservam o excesso de carga nas regiões onde elas surgiram, neste caso, são chamados de isolantes ou dielétricos.

A madeira e o plástico são exemplos de materiais isolantes. O ar seco também é um bom isolante elétrico, entretanto, aumenta a sua condutividade elétrica quando está úmido.

Tanto na eletrização por contato quanto na eletrização por indução é necessário que os corpos envolvidos sejam condutores.

Como em ambos os tipos de eletrização há necessidade que as cargas tenham mobilidade, nos corpos isolantes, isto não é possível. Portanto, a eletrização dos materiais isolantes só ocorre por atrito.

Para saber mais, veja também:

• Lei de Coulomb
• Carga Elétrica - Exercícios
• Campo Elétrico
• Potencial Elétrico
• Eletricidade
• Eletrodinâmica
• Fórmulas de Física
• Eletrostática: Exercícios
• Força elétrica: o que é e como usar a fórmula

Exercícios Resolvidos

1) PUC/RJ - 2015

Dois bastões metálicos idênticos estão carregados com a carga de 9,0 μC. Eles são colocados em contato com um terceiro bastão, também idêntico aos outros dois, mas cuja carga líquida é zero. Após o contato entre eles ser estabelecido, afastam-se os três bastões. Qual é a carga líquida resultante, em μC, no terceiro bastão?

a) 3,0
b) 4,5
c) 6,0
d) 9,0
e) 18

Ver Resposta

Como os bastões são idênticos, para encontrar a carga que cada um após o contato, vamos somar todos as cargas e dividir por 3. Assim, temos:

Alternativa c: 6,0

2) UFRGS - 2015

Em uma aula de Física, foram utilizadas duas esferas metálicas idênticas, X e Y: X está suspensa por um fio isolante na forma de um pêndulo e Y fixa sobre um suporte isolante, conforme representado na figura abaixo. As esferas encontram-se inicialmente afastadas, estando X positivamente carregada e Y eletricamente neutra.

Considere a descrição, abaixo, de dois procedimentos simples para demonstrar possíveis processos de eletrização e, em seguida, assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas dos enunciados, na ordem em que aparecem.

I - A esfera Y é aproximada de X, sem que elas se toquem. Nesse caso, verifica-se experimentalmente que a esfera X é ........ pela esfera Y.
II - A esfera Y é aproximada de X, sem que elas se toquem. Enquanto mantida nessa posição, faz-se uma ligação da esfera Y com a terra, usando um fio condutor. Ainda nessa posição próxima de X, interrompe-se o contato de Y com a terra e, então, afasta-se novamente Y de X. Nesse caso, a esfera Y fica ........ .

a) atraída – eletricamente neutra
b) atraída – positivamente carregada
c) atraída – negativamente carregada
d) repelida – positivamente carregada
e) repelida – negativamente carregada

Ver Resposta

Na situação I , como as esferas não se tocam, então as cargas negativas da esfera Y ficam distribuídas mais próximas da esfera X, ocorrendo então atração.

Na situação II, ao ligar a esfera Y com um fio condutor, elétrons da Terra são atraídos pela esfera X, tornando a esfera Y carregada negativamente.

Alternativa c: atraída – negativamente carregada

Bacharel em Meteorologia pela Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ) em 1992, Licenciada em Matemática pela Universidade Federal Fluminense (UFF) em 2006 e Pós-Graduada em Ensino de Física pela Universidade Cruzeiro do Sul em 2011.

Como podemos eletrizar um objeto neutro?

Como se dá o processo de indução eletrostática?

Como ocorre a eletrização por indução eletrostática como ficam os sinais dos corpos?

Pode afirmar que um corpo neutro ao ser eletrizado?