FORÇAS ELÉTRICAS E A LEI DE COULOMB

Imaginemos dois corpos eletrizados, colocados nas proximidades um do outro; a experiência mostra que eles se atraem ou se repelem, dependendo do sinal das cargas de cada um. Esse fato é conhecido desde o século XVIII, a partir do trabalho realizado em 1734 por Charles Du Fay, e pode ser resumido pela frase "cargas iguais se repelem e cargas opostas se atraem".

Mas isso é muito pouco! Precisamos saber mais a respeito dessas forças elétricas.

Em 1766 Joseph Priestly descobriu que as forças elétricas se comportavam de maneira semelhante às forças gravitacionais. Suas conclusões podem ser resumidas assim:

# a força elétrica (de atração ou de repulsão) é diretamente proporcional à quantidade de carga contida em cada corpo (quanto mais carregados, maior a força);

# a força age segundo a direção da linha imaginária que une os dois corpos;

# a força é inversamente proporcional à distância entre os dois corpos, e depende do inverso do quadrado dessa distância.

Tais conclusões só foram totalmente aceitas depois que Charles de Coulomb executou medidas muito cuidadosas, em 1785, elaborando depois a expressão matemática que ficou conhecida como "Lei de Coulomb".

Voltemos agora à experiência da caneta. Quando a esfregamos na roupa, conseguimos atrair pedacinhos de papel, de linha, fragmentos de isopor, algodão e outros objetos leves. Mas esses objetos não foram inicialmente eletrizados: estão neutros! Quer dizer que, para sofrer atração elétrica o objeto não precisa estar eletrizado também? A resposta é: ele não precisa estar eletrizado, mas precisa estar polarizado. Vejamos como é isso.

Ao aproximarmos um corpo eletrizado de um neutro, os átomos deste último "sentem" a presença das cargas externas que estão nas vizinhanças (lembremos que o átomo, embora neutro, possui cargas positivas no centro e negativas na parte externa). Imaginemos que o corpo eletrizado seja positivo (no caso contrário o raciocínio é semelhante). Em tal situação as nuvens eletrônicas (que são negativas) do corpo neutro são atraídas pelas cargas positivas externas e se deformam.

Já que isso acontece com todos os átomos do corpo neutro, resulta um acúmulo de cargas negativas na extremidade próxima ao corpo positivo, e um acúmulo de cargas positivas na extremidade distante.

Os átomos do corpo neutro continuam neutros, mas suas cargas se deslocaram. De acordo com a Lei de Coulomb, quanto menor a distância maior a força, e por isso a atração exercida sobre as negativas (que estão mais próximas) é maior do que a repulsão sobre as positivas (que estão mais distantes). Resultado final: atração! Os papeizinhos grudam na tampa da caneta, e os fragmentos de palha grudam no âmbar.

A atração de partículas polarizadas é usada em purificadores de ar, onde uma grade eletrizada atrai e retém grãozinhos microscópicos de poeira. Esse mesmo princípio é utilizado em chaminés de indústrias, para extrair, da fumaça, o seu conteúdo particulado e assim diminuir a poluição do ar.

Como se calcula o valor da força elétrica? Usando a Lei de Coulomb! A Lei de Coulomb é o resumo das observações de Priestly em forma de equação matemática. Dizemos que Priestly fez observações "qualitativas", e que Coulomb as expressou em forma "quantitativa".

A afirmação de que "a força elétrica é diretamente proporcional à quantidade de carga contida em cada corpo" é escrita em linguagem matemática como uma multiplicação entre as duas cargas. A força é também inversamente proporcional ao quadrado da distância, então fazemos uma divisão pela distância elevada ao quadrado. Fica assim:

Fel (q1 × q2) ÷ d2

A expressão acima não é ainda uma equação, porque nela não aparece o sinal de "igual". O símbolo "" significa "proporcional". Como transformar a expressão em equação? Foi esse o trabalho de Coulomb. Fazendo suas medições minuciosas, ele verificou que para transformar a "proporcionalidade" em "igualdade" estava faltando um fator multiplicativo. Representando esse fator pela letra ko podemos escrever:

F = ko (q1 × q2) ÷ d2

Essa é a Lei de Coulomb.

O conceito de força é muito útil nas aplicações práticas da Física e da Engenharia, e sua unidade no Sistema Internacional é o "newton" (símbolo N). Por coerência, as cargas devem ser expressas em coulombs (C), e a distância em metros (m). Nesse sistema de unidades o valor da constante de proporcionalidade ko será de 9,0×109 N.m2 / C2. Para o ar e para o vácuo pode-se usar esse valor sem correções, mas para os outros meios materiais é necessário dividí-lo pela correspondente constante dielétrica.

Alguns exemplos:

Meio MaterialConstante Dielétrica (k)
Vácuo1,0000
Ar1,0005
Água78
Óleo4,6
Vidro4,5
Papel3,5
Polietileno2,3
Mica5,4

Comentários

Na época em que a eletricidade começou a ser estudada, e as primeiras máquinas eletrostáticas começaram a ser construídas, não se sabia nem a origem do fenômeno e nem que aplicações úteis poderia ter. Mas era algo totalmente novo, e as pessoas sentiam muita curiosidade a respeito. Inventaram-se então várias "brincadeiras" com eletricidade. A emissão de faíscas, por exemplo, era um espetáculo muito apreciado; mas existia outra coisa que de todos gostavam mais ainda: levar choque! As pessoas davam-se as mãos formando uma corrente, e aquela que estivesse em uma das extremidades colocava sua mão livre sobre uma máquina eletrostática carregada. Já que o corpo humano tem a propriedade de transmitir corrente elétrica, todos levavam choque, e achavam engraçadíssimo! Era uma brincadeira muito praticada nas festinhas da época.

Sorte desse pessoal que aquelas máquinas não eram capazes de produzir muita eletricidade, porque o tipo de choque que levavam, com a corrente entrando por uma mão e saindo pela outra, é o mais perigoso de todos. O coração, que funciona por meio dos impulsos elétricos vindos do cérebro, pode perder o seu rítmo de batimento e até parar, quando percorrido por uma corrente externa.


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