Eletricidade estática: definição, como funciona, fatos (c / exemplos)

A carga elétrica está ao seu redor, mas você só a nota em raras ocasiões, como quando seu cabelo fica em pé depois de você tira um chapéu ou quando recebe um choque forte ao estender a mão para tocar em algo depois de esfregar os pés ao longo do tapete.

Esses dois fenômenos são exemplos deeletricidade estática, algo que você provavelmente aprendeu quando era criança. Mas como a carga estática faz seu cabelo ficar em pé e por que ela pode causar um choque estático?

O que está realmente acontecendo no nível atômico que produz essas experiências universais? Aprender os detalhes sobre a eletricidade estática fornece uma visão muito mais detalhada dessa propriedade fascinante da matéria.

A carga elétrica é uma propriedade fundamental da matéria. Ele é separado em cargas positivas e negativas, e embora algumas partículas sejam eletricamente neutros - como o nêutron - estes são compostos de substâncias ainda mais fundamentais partículas queFazcarregam uma carga elétrica.

As duas partículas carregadas mais importantes que você deve conhecer quando 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, enquanto os elétrons são carregados negativamente em -e, Ondee​ = 1.602 × 10⁻¹⁹ C. O C aqui significacoulombs, que é a unidade SI para carga elétrica. Os 10⁻¹⁹ diz a você que as partículas carregadas têmmuito pequenovalores de carga em comparação com um coulomb - duas cargas de apenas 1 C separadas por um metro gerariam uma força maior do que o impulso de lançamento do foguete Saturno V!

A regra fundamental para o funcionamento da carga elétrica é que cargas opostas se atraem e cargas semelhantes se repelem. Portanto, se você trouxer um elétron para perto de outro elétron, eles se separarão, ao passo que, se você trouxer um elétron para perto de um próton, ele será atraído por ele.

No nível mais básico, eletricidade estática simplesmente se refere a cargas que não estão se movendo. No entanto, há muito mais do que isso! O principal aspecto da eletricidade estática é que ela ocorre quando há um desequilíbrio de carga, e esse desequilíbrio cria essencialmentepotencial elétrico, o que significa que há potencial para a corrente elétrica fluir (para reequilibrar a carga) por causa das posições das partículas portadoras de carga.

Nos átomos, e por extensão na maioria dos objetos do cotidiano, há um equilíbrio entre o positivo e o negativo cargas (ou seja, entre os prótons e elétrons), então eles são eletricamente neutros quando considerados todos juntos.

Então, se você trouxesse um átomo para perto de outro, não haveria força elétrica entre eles, porque todos das cargas positivas são equilibradas por cargas negativas, de modo que não há carga líquida para gerar um força.

Embora seja realmente um pouco mais complicado do que isso (porque os elétrons sempre se movem, então eles nãosemprebloquear a carga positiva dos prótons), esta situação neutra cria um contraste claro com o que acontece quando há um acúmulo de carga estática.

Em essência, quando um objeto (como seu cabelo depois de esfregar um balão nele) ganha um excesso ou um déficit de carga (então mais ou menos elétrons do que em seu estado normal), então ele não é mais neutro e pode gerar o que você chama de estático eletricidade. Em contraste, a eletricidade comum é ummovimento contínuode carga (na forma de elétrons em uma corrente elétrica), enquanto a eletricidade estática não envolve movimentoatéas cargas se reequilibram - e possivelmente lhe dão um golpe forte no processo!

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 esse desequilíbrio.

Em um átomo, os prótons estão fortemente ligados no núcleo (junto com os nêutrons), e ambos são consideravelmente mais pesado do que os elétrons carregados negativamente que ficam em uma "nuvem" ao redor do núcleo.

Como essas partículas mais leves estão do lado de fora, quando um objeto faz contato com outro, é o elétrons que podem se transferir entre eles, e esfregá-los aumenta a taxa de carga acumular. Portanto, se um objeto capta elétrons extras, ele se torna carregado negativamente, ao passo que, se perder elétrons, ele se torna carregado positivamente.

Materiais isolantes retêm bem uma carga estática, ao passo que um bom condutor só manterá uma carga estática em certas situações. Um condutor com elétrons extras não mantém 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 se transferir para outros objetos, a menos que esteja completamente isolado do resto do ambiente. Como a corrente não pode fluir em um isolador, o acúmulo de estática cria rapidamente um desequilíbrio de carga notável e, portanto, gera eletricidade estática.

Porque cargas semelhantes se repelem e cargas opostas se atraem, quando algo tem uma carga estática, ele se fixa em itens com cargas opostas, e às vezes também podepolarizarátomos em um objeto neutro e grudam nele também - da maneira como um balão gruda na parede depois que você o esfrega na cabeça.

Se o acúmulo de carga for grande o suficiente e uma voltagem relativamente alta for alcançada entre as duas superfícies ou objetos, a carga pode saltar de um objeto para outro. É por isso que você pode levar um choque com o choque estático se esfregar os pés no chão e tocar na maçaneta da porta.

Existem muitos exemplos de eletricidade estática que você encontrará na vida cotidiana, mesmo se você não necessariamente pensar sobre o papel que a carga estática desempenha em sua operação.

Um exemplo particularmente comum é a aderência estática em roupas, especialmente após o uso do secador, que mantém as condições ideais para eletricidade estática para se desenvolver, e também envolve roupas esfregando umas nas outras e potencialmente pegando elétrons extras no caminho. O choque estático de roupas carregadas dessa forma 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 aproveitada. A luz brilhante que digitaliza o documento cria uma "sombra" elétrica da imagem em um fotocondutor (ou seja, sensível à luz), e conforme gira, ela pega partículas de toner carregadas negativamente por causa da estática cobrar.

Embaixo dela, outra correia traz uma folha de papel, dando a ela uma forte carga estática positiva no processo. Quando as cargas negativas do toner encontram as cargas positivas no papel, o toner imprime sobre o pedaço de papel, no mesmo padrão da sombra captada pelo fotocondutor cinto.

Outro exemplo deve levá-lo de volta a uma aula de física na escola: o gerador Van de Graaff e a demonstração clássica em que alguém que toca a esfera fica com os cabelos em pé. O gerador funciona com base no movimento de cargas elétricas estáticas, com uma correia móvel que percorre toda a extensão do dispositivo e dois “pentes” metálicos para controlar a carga estática.

Um pente carregado positivamente na parte inferior (conectado a um suprimento de eletricidade) extrai elétrons do cinto, deixando-o com uma carga líquida positiva, e essa carga é captada por um pente no topo, que a espalha para a grande cúpula no principal. Se você tocar na cúpula durante o processo de carregamento, fios individuais de seu cabelo pegam cargas correspondentes e se repelem, deixando-os em pé!

Os relâmpagos 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 uma chave a um cordão de pipa molhado durante uma tempestade.

Embora seja um mito que a pipa foi realmente atingida por um raio (isso provavelmente teria matado Franklin), o campo elétrico do tempestade foi captada pela corda, que - bem como a clássica demonstração do gerador Van de Graaff - fez com que os fios do barbante se firmassem fim. Finalmente, Franklin tocou a tecla e sentiu o choque de um choque estático, demonstrando claramente a ligação entre eletricidade e relâmpago.

Claro, os cientistas forneceram muitos mais detalhes sobre o processo desde os dias de Benjamin Franklin. Muito parecido com roupas esfregando umas nas outras na secadora ou um balão esfregando contra seu cabelo, a carga estática que cria o relâmpago vem da fricção e dos cristais de gelo no ar frio que encontram gotículas de água de um ar quente massa.

A carga se acumula em diferentes lugares na nuvem, e quando há uma diferença suficientemente alta em potencial elétrico entre esses lugares (ou seja, uma tensão suficientemente alta), é liberado na forma de um relâmpago. Isso geralmente ocorredentro denuvens ou entre duas nuvens, mas ocasionalmente o raio atingirá o solo.

O acúmulo de carga estática causada por fricção e fricção é tecnicamente chamado de efeito triboelétrico, e com base neste artigo você já conhece os detalhes do que causa isso e como funciona. Objetos que entram em contato uns com os outros fazem com que um deles pegue elétrons extras (todos carregando cargas negativas) e o outro desenvolvendo um déficit de elétrons e, portanto, uma rede positiva cobrar.

No entanto, o grau em que diferentes materiais captam carga negativa ou perdem elétrons e ganham uma carga positiva varia de acordo com as características do material. Embora os isoladores geralmente sejam melhores na captação de carga estática, diferentes isoladores a captam em taxas diferentes.

Por exemplo, a maioria dos tipos de borracha, e em particular o Teflon, captam elétrons com muita facilidade e, como tal, são ótimos para demonstrações e tecnologias dependentes de eletricidade estática. Os materiais diferem com base em sua “eletronegatividade”, que basicamente significa sua afinidade eletrônica, ou sua tendência de captá-los de outros objetos.

A série triboelétrica organiza diferentes materiais com base em sua capacidade de captar uma carga estática positiva ou negativa. Os itens colocados no topo da série triboelétrica são propensos a pegar uma carga positiva, enquanto aqueles na parte inferior são mais propensos a ganhar elétrons e pegar uma carga negativa como um resultado. Quanto maior for a separação entre dois itens na série triboelétrica, mais esfregá-los criará uma carga estática em ambos.

Embora a maioria das demonstrações de eletricidade estática sejam exibições divertidas ou pequenas curiosidades que você encontrar na vida cotidiana, é importante lembrar que a carga estática indesejada pode ter graves consequências.

Por exemplo, uma única faísca de eletricidade estática pode inflamar líquidos ou gases inflamáveis ​​e potencialmente resultar em uma explosão. O acúmulo de estática devido ao deslizamento em seu assento de carro pode até mesmo causar um problema quando trata de reabastecer seu combustível, então você deve sempre tocar na parte de metal do carro antes de abastecer pra cima.

Claro,a maioriaNa maioria das vezes, a eletricidade estática é realmente apenas um fenômeno interessante, mas entender como ela funciona pode ajudá-lo a evitar uma catástrofe em algumas situações.