FEIRA DE CIÊNCIAS


ELETRIZAÇÃO POR INDUÇÃO


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Liliane do Nascimento Pereira [libarbiegirl@hotmail.com]

Universidade Estadual de Mato Grosso do Sul – UEMS

Última atualização: 14/09/2009


INTRODUÇÃO


Dando continuidade nas experiências sobre eletricidade, temos a próxima experiência denominada: Eletrização por Indução.

Michael Faraday (Newington, Surrey, 22 de setembro de 1791- Hampton Court, 25 de Agosto de 1867) foi um físico e químico britânico, sendo considerado um dos cientistas mais influentes de todos os tempos. Suas contribuições mais importantes e seus trabalhos mais conhecidos foram nos intimamente conectados fenômenos da eletricidade e magnetismo,mas ele também fez contribuições muito importantes em química.


Figura 1: Michael Faraday em 1842.

Na Física, foi um dos primeiros a estudar as conexões entre eletricidade e magnetismo. Em 1821, logo após Oersted ser o primeiro a descobrir que a eletricidade e magnetismo eram associados entre si, Faraday publicou seu trabalho que chamou de "rotação eletromagnética" (princípio por trás do funcionamento do motor elétrico). Em 1831, Faraday descobriu a indução eletromagnética, o princípio por trás do gerador elétrico e do transformador elétrico. Suas idéias sobre os campos elétrico e os magnéticos, e a natureza dos campos em geral, inspiraram trabalhos posteriores nessa área (como as equações de Maxwell), e campos do tipo que ele fitou são conceitos-chave da física atual.

A indução eletrostática é o processo de carregar eletricamente um objeto colocando-o no campo elétrico de outro objeto carregado, às vezes também é chamada de indução elétrica.

O processo de indução eletrostática ocorre quando um corpo eletrizado redistribui cargas de um condutor neutro. O corpo eletrizado, o indutor, é colocado próximo ao corpo neutro, o induzido, e isso permite que as cargas do indutor atraiam ou repelem as cargas negativas do corpo neutro, devido a Lei de Atração e Repulsão entre as cargas elétricas. A distribuição de cargas no corpo induzido mantêm-se apenas na presença do corpo indutor. Para eletrizar o induzido deve-se colocá-lo em contato com outro corpo neutro e de dimensões maiores, antes de afastá-lo do indutor.


Figura 2: Por indução eletrostática as folhas do eletroscópio sofrem repulsão ao se aproximar um objeto eletrizado.

Alguns conceitos básicos se fazem importantes para esta introdução e também para se entender a experiência que será relatada abaixo:

Indução Eletrostática: é o processo de carregar eletricamente um objeto colocando-o no campo elétrico de outro objeto carregado.

Eletrização por indução: Na eletrização por atrito e por contato, há obrigatoriamente a necessidade do contato físico entre os corpos. Na eletrização por indução isso já não é necessário e é por isso que esse processo recebe esse nome.
Quando dois corpos, A e B, sendo A positivamente eletrizado e B um corpo eletricamente neutro, são colocados próximos um do outro sem haver contato. As cargas positivas de A atraem as cargas negativas de B. Se aterrarmos o corpo B, as cargas elétricas negativas da terra vão se deslocar para o corpo B. Retirando o condutor que aterra o corpo B só depois afastar o corpo A. Temos então que o corpo B fica negativamente eletrizado. Este processo é chamado de eletrização por indução.


4° EXPERIÊNCIA: ELETRIZAÇÃO POR INDUÇÃO


Experiência realizada no dia 13 de Agosto de 2009 na Universidade Estadual de Mato Grosso do Sul, no Laboratório de Ensino de Física pelas acadêmicas: Liliane do Nascimento Pereira do terceiro ano noturno e Ana Paula Langaro do primeiro ano noturno, do curso de Licenciatura em Física com orientação do professor Nilson Oliveira da Silva. Todos os materiais utilizados na experiência são de fácil acesso e manuseio, para que qualquer pessoa consiga realizar o experimento.

MATERIAL UTILIZADO:


Figura 3: Material utilizado começando da direita para esquerda temos o papel higiênico, a tira de papel de seda, tesoura, cartolina, base de isopor, dois canudos de plástico, régua, fita adesiva e cola branca.

PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL


1° PASSO: Corte uma cartolina na forma de um quadrado (7*7) cm.


Figura 4: Começando a cortagem da cartolina.


Figura 5: Término da cortagem da cartolina.


Figura 6: Cartolina cortado na forma de quadrado (7*7).


Figura 7: Tira de papel de seda.

Em seguida, cole uma tira de papel de seda bem fina na extremidade superior do quadrado.


Figura 8: Tira de papel de seda com a extremidade colada na cartolina.

Pregue essa cartolina em um canudo e depois fixe-o em uma base (por exemplo, um pedaço de isopor ou outro material que seja um bom isolante, como madeira...).


Figura 9: Cartolina pregada no canudo de plástico com a fita adesiva.

2° PASSO: Depois, atrite outro canudo com papel higiênico e aproxime-o do lado contrário de onde foi colocada a tira de papel de seda sem encostar na cartolina.


Figura 10: Começo do processo de atrito do canudo com o papel higiênico.



Figura 11: Término do processo de atrito do canudo com o papel higiênico.

Repita esses movimentos algumas vezes para que o canudo fique eletrizado.



Figura 12: Aproximação do canudo eletrizado do lado contrário ao lado onde está a tira de papel de seda.

Dizemos que o canudo é o indutor e o papel de seda vai ser eletrizado por indução. Nestas condições observem o que ocorre com a tira de papel de seda. Como explicar o ocorrido?

3° PASSO: Mantendo o canudo, sempre próximo do quadrado na mesma posição, encoste o dedo na parte da frente da cartolina. O que ocorre com a tira de seda?


Figura 13: Colocação do dedo na parte da frente da cartolina com o canudo eletrizado encostado na mesma.

4° PASSO: Depois afaste o dedo e em seguida, afaste o canudo. Observe agora o que acontece com a tira de papel de seda.




Figura 14: Foto tirada no momento em que tiramos o dedo e o canudo de perto da cartolina.

Como explicar cada passo dessa experiência?

A princípio quando aproximamos o canudo do pedaço de cartolina cria-se duas regiões, uma região com cargas positivas, a face do quadrado próxima à do canudo, e a outra face oposta do quadrado com cargas negativas. A força elétrica do canudo eletrizado negativamente provoca uma separação de cargas. Como o papel de seda adquire a mesma carga (por contato) da face da cartolina na qual esta, está em contato, ela é repelida.

Dando continuidade a explicação referente ao experimento, temos que quando colocamos o dedo na parte da cartolina com excesso de elétrons, as cargas negativas se escoarão por ele, pois o canudo as repelirão para que fiquem bem longe. Nosso corpo se presta a isso levando as cargas negativas em excesso para o chão. Depois que afastamos o dedo, elas não poderão mais retornar à cartolina.

A seguir, a face da cartolina que perdeu elétrons também fica eletrizada positivamente porque há uma redistribuição de cargas. Lembrando que são os elétrons que se movem para que isto aconteça. Como as cargas de mesmo sinal se repelem, a tira se afasta da cartolina.


PERGUNTAS E RESPOSTAS:

          1. Quem é mais pesado o próton ou o elétron?

            A massa do próton é e a massa do elétron é . Ao analisarmos estes valores de massa para cada um, vemos que a massa do próton é muito maior, cerca de 2000 vezes maior do que a massa do elétron.

          2. Qual o valor da carga do elétron?

            A carga do elétron é: 1,60217653(14)×10-19 C.

            A carga do elétron é a menor quantidade de carga detectável experimentalmente. A unidade para medir a carga, o Coulomb, representada pela letra C, foi criada em homenagem ao físico francês, Charles Augustin Coulomb (1736 – 1806), pois ele conseguiu determinar a fórmula para calcular a intensidade da força elétrica entre corpos eletrizados.

          3. Quem a mediu?

            O valor da carga do elétron também denominada carga elementar foi medido em 1911 pelo físico norte-americano Robert Andrews Milikan (1868 – 1953). No ano de (1923), Millikan ganhou o Prêmio Nobel de Física por seus estudos sobre a medida da carga do elétron e sobre o efeito fotoelétrico.

          4. Por que se diz que toda carga é quantizada?

            Um canudo eletrizado possui um número de cargas em excesso que é sempre um múltiplo inteiro do valor de carga do elétron, por isso dizemos que a carga elétrica é quantizada sempre que a carga elétrica de um objeto varia (aumenta ou diminui) essa variação se observa por um número inteiro de elétrons. Por exemplo, quando atritamos um objeto tiramos ou liberamos um número inteiro de elétrons. E pode ser calculada da seguinte forma: ,sendo e a carga do elétron, N um número inteiro qualquer, Esse fato foi comprovado por Millikan quando mediu a carga do elétron.



OBSERVAÇÕES:


BIBLIOGRAFIA



BISQUOLO, Paulo Augusto. Eletrização por Atrito, Contato e Indução. Santos/São Paulo: Colégio COC. Disponível em: http://educacao.uol.com.br/fisica/ult1700u39.jhtm.

Acesso em: 06 de Agosto de 2009, às 16h45min.

Dicionário - home page. Robert Andrews Millikan. Disponível em: http://www.dec.ufcg.edu.br/biografias/RoberAnd.html.

Acesso em: 12 de Agosto de 2009, às 17h20min.

ESTEVÃO, Vanks. Eletrização por Indução. Efeito Joule, Aqui você aprende Física. Disponível em: http://www.efeitojoule.com/2008/06/eletrizacao-por-inducao-no-vestibular.html.

Acesso em: 06 de Agosto de 2009, às 17h03min.

NUNES, Luiz Antônio de Oliveira; ARANTES, Alessandra Riposati. Física em casa. São Carlos: USP/Instituto de Física, 2006.

Wikipédia, A enciclopédia livre. Indução eletrostática. Esta página foi modificada pela última vez às 01h19min de 12 de novembro de 2008. Disponível em: http://pt.wikipedia.org/wiki/Indu%C3%A7%C3%A3o_eletrost%C3%A1tica

Acesso em: 03 de Agosto de 2009, às 16h43min.

Wikipédia, A enciclopédia livre. Michael Faraday. Esta página foi modificada pela última vez às 00h14min de 1 de agosto de 2009. Disponível em: http://pt.wikipedia.org/wiki/Michael_Faraday.

Acesso em: 03 de Agosto de 2009, às 17h10min.