Carga elétrica e eletrização

Uma régua de plástico atritada em um tecido pode atrair pequenos pedaços de papel. O efeito reúne duas ideias distintas: a régua pode ter adquirido carga elétrica líquida, enquanto o papel pode continuar neutro e apenas apresentar uma separação de cargas em pequena escala. A atração, sozinha, não prova que os dois corpos possuem cargas líquidas opostas.

A eletrostática estuda situações em que as distribuições de carga podem ser tratadas como estacionárias. Seu ponto de partida é uma contabilidade: acompanhar cargas positivas e negativas, descobrir quais portadores podem se mover e identificar as trocas entre os corpos.

O que significa um corpo estar carregado?

Prótons têm carga positiva e elétrons, negativa. Um corpo neutro apresenta igualdade entre as cargas positivas e negativas totais. Em processos comuns de eletrização de sólidos, os elétrons se transferem entre materiais, enquanto os núcleos permanecem ligados à estrutura.

Se um corpo ganha elétrons, sua carga líquida se torna negativa. Se perde elétrons, fica positiva. Isso não exige criar prótons ou destruir elétrons. A carga elementar tem módulo aproximado $e=1{,}6\times10^{-19}$ C. Para um excesso de $n$ elétrons, a carga é $Q=-ne$.

Um corpo que perdeu $2\times10^{10}$ elétrons fica com $Q=+3{,}2\times10^{-9}$ C. O sinal positivo registra a falta de portadores negativos. Para contar elétrons transferidos a partir do módulo de uma carga, usamos $n=|Q|/e$.

O que a conservação da carga exige?

Em um sistema eletricamente isolado, a soma algébrica das cargas permanece constante. Se dois corpos inicialmente neutros trocam elétrons apenas entre si, terminam com cargas de módulos iguais e sinais opostos. Se já estavam carregados, a soma final deve preservar a soma inicial, mas os módulos finais não precisam ser iguais.

Como funciona o atrito?

O contato intenso entre materiais pode favorecer transferência de elétrons, conforme suas propriedades e condições de superfície. A separação posterior conserva o desequilíbrio, especialmente em isolantes. Esfregar aumenta a interação entre superfícies; não significa fabricar carga por desgaste de prótons.

Em um isolante, os portadores não percorrem livremente grandes distâncias, mas isso não impede eletrização. Uma carga depositada pode permanecer localizada. Em um condutor, portadores móveis redistribuem a carga até alcançar equilíbrio. Nos metais são elétrons; em soluções condutoras, íons positivos e negativos também transportam carga.

O que muda no contato entre condutores?

Ao conectar condutores, cargas se redistribuem até que eles atinjam o mesmo potencial elétrico. Não se deve concluir automaticamente que recebem cargas iguais. A divisão depende da geometria e da influência de outros corpos.

Para duas esferas metálicas idênticas, isoladas do ambiente e em uma situação simétrica, a carga total se reparte igualmente após contato. Se uma tem +6 nC e outra −2 nC, a soma é +4 nC e cada uma termina com +2 nC. A conservação determina a soma; a simetria permite a divisão por dois.

Aproximar um indutor já eletriza permanentemente?

Aproximar um corpo carregado de um condutor neutro provoca redistribuição: uma face fica com excesso relativo de carga de um sinal e a outra, do sinal oposto. Sem troca com o ambiente, a carga líquida do condutor continua zero. Ao afastar o indutor, essa separação desaparece no equilíbrio.

Para deixar uma carga líquida por indução com aterramento, mantenha o indutor próximo, conecte o condutor à Terra, interrompa essa conexão e só depois afaste o indutor. Um indutor negativo repele elétrons para a Terra; interrompido o aterramento primeiro, o condutor pode terminar positivo.

Por que o papel neutro é atraído?

O campo da régua polariza o papel: desloca ligeiramente as cargas ligadas ou orienta suas distribuições. A parte de sinal oposto fica, em média, mais próxima da régua, onde a interação é mais intensa. Pode surgir uma força resultante de atração sem alteração da carga líquida do papel.

Ao interpretar uma experiência, separe três perguntas: houve transferência entre corpos, houve conexão com a Terra e houve apenas redistribuição interna? Essa sequência distingue eletrização, indução e polarização sem depender de decorar imagens de aparelhos.