Eletroestática

A eletricidade como forma de energia esta essencialmente ligado aos fenômenos causados pelas cargas elétricas, quando estas estão em repouso são chamadas eletrostática. A matéria é formada por átomos, os átomos são formados pelo núcleo onde se encontram prótons e neutros, e pela eletrosfera composta de orbitas onde os elétrons estão a girar.

Entre os nêutrons, prótons e elétrons a principal diferença está em suas cargas elétricas. Nêutrons não possuem cargas, prótons possuem cargas positivas enquanto os elétrons possuem cargas negativas. Entende-se que todos os átomos são a princípio neutros eletricamente pois o número de prótons é equivalente ao número de nêutrons, desta forma as cargas positivas se anual com as cargas negativas.

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Atração e repulsão

Os princípios da eletrostática se baseiam na lei de DuFay, neste princípio, chamado de atração e repulsão, DuFay explica que cargas elétricas de sinais contrários se atraem, enquanto cargas se sinais iguais se repelem. A intensidade ou módulo de uma carga elétrica, representada por Q, é medida em uma unidade chamada Coulomb (C).

Modelo atômico.

Para que um determinado corpo adquira uma carga elétrica de 1C positiva ou negativa, é necessário que perca ou ganhe, respectivamente, uma quantidade de 62,5×1018 elétrons, o que nos faz concluir que a carga elétrica de um único elétron é de 1,6×10-19 C.

No átomo, os prótons, presentes no núcleo, tendem a atrair os elétrons em direção ao núcleo, por possuírem cargas elétricas opostas. Porém, como os elétrons giram em órbitas circulares em torno do núcleo, existe também uma força centrífuga, que tende a afastá-lo do núcleo. O que ocorre é um equilíbrio entre a força de atração e a força centrífuga, o que mantém o elétron em sua órbita.

A distribuição dos elétrons em órbitas ao redor do núcleo se dá de acordo com os níveis de energia que cada elétron possui. Quanto mais afastado do núcleo um elétron estiver, maior é a sua energia, porém mais fracamente ligado ao núcleo ele estará.

Para o estudo da eletricidade, é interessante conhecer apenas as características da última camada, também chamada camada de valência. É nesta camada que os fenômenos elétricos ocorrem. Nos materiais metálicos, a distribuição de elétrons nas camadas se dá de tal forma que existem poucos elétrons na camada de valência. Estes elétrons possuem ligação fraquíssima com o núcleo, sendo facilmente retirados de sua órbita por um agente externo, sendo chamados de elétrons livres.

Condutores elétricos, isolantes e semicondutores.

A condução elétrica nestes materiais se dá pela movimentação destes elétrons livres entre átomos próximos. Em outros materiais, a camada de valência pode estar quase completa. Neste caso, a força de ligação destes elétrons com o núcleo do átomo é grande, fazendo com que eles não sejam retirados com facilidade de suas órbitas, ou seja, os elétrons não estão livres.

As afirmações acima convergem à conclusão de que materiais que apresentam elétrons livres em sua constituição são bons condutores elétricos, destacando-se nesta categoria os materiais metálicos, enquanto que materiais que não possuem elétrons livres são maus condutores de eletricidade, também chamados isolantes, entre os quais podemos citar o plástico, a borracha, o vidro, o ar, entre outros.

Existe ainda uma terceira categoria de materiais, chamados materiais semicondutores, cujas características os tornam intermediários entre os condutores e os isolantes, os quais são utilizados na construção de dispositivos eletrônicos, dentre os quais destacam-se o silício e o germânio.

Condutores são materiais, cuja natureza é tal que a energia elétrica pode passar com facilidade. São condutores todos os metais e alguns líquidos, como, por exemplo, soluções de sal e de ácidos. Os materiais condutores mais usados para transportar a energia elétrica são cobre e alumínio, em forma de fios e cabos.

Há outros materiais, como a borracha, o vidro, a porcelana, o plástico, etc., que não deixam passar a energia elétrica e por isso são chamados de isolantes. Os materiais isolantes servem justamente para proteger os condutores elétricos pelos quais a energia elétrica passa.

Sobre o autor

Eletricista desde 2006, Henrique Mattede também é autor, professor, técnico em eletrotécnica e engenheiro eletricista em formação. É educador renomado na área de eletricidade e um dos precursores do ensino de eletricidade na internet brasileira. Já produziu mais de 1000 videoaulas no canal Mundo da Elétrica no Youtube, cursos profissionalizantes e centenas de artigos técnicos. O conteúdo produzido por Henrique é referência em escolas, faculdades e universidades e já recebeu mais de 120 milhões de acessos na internet.

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