At´e o momento j´a vimos como carregar um corpo positivamente ou negativa-mente atrav´es do atrito. Al´em disso, vimos que utilizando o mecanismoACR, podemos carregar um condutor com uma carga de mesmo sinal que a carga de um corpo previamente atritado. Vamos agora utilizar o fenˆomeno da polariza¸c˜ao el´etrica de condutores, juntamente com o fato de as cargas se moverem livre-mente pela superf´ıcie dos condutores, para descrever um terceiro mecanismo de eletriza¸c˜ao.
Defini¸c˜oes: Seguindo as defini¸c˜oes apresentadas na Se¸c˜ao 7.3, os processos para carregar o eletrosc´opio descritos nesta Se¸c˜ao s˜ao chamados de eletriza¸c˜ao por indu¸c˜ao, carga por indu¸c˜ao, eletriza¸c˜ao por influˆencia, ou carga por in-fluˆencia.
7.5.1 Primeiro Procedimento de Eletriza¸ c˜ ao por Indu¸ c˜ ao
Experiˆencia 7.14
Constroem-se dois eletrosc´opios com placas de cartolina tendo dimens˜oes de 10 por 7 cm, 𝐴 e 𝐵, como na Se¸c˜ao 6.1. O lado maior vai ficar na vertical, com uma tirinha de papel de “seda” presa no centro do lado menor superior.
Colocam-se os dois eletrosc´opios lado a lado em um mesmo plano vertical, com seus lados mais pr´oximos se tocando, como na Figura 7.16 (a). Descarregam-se os eletrosc´opios tocando na cartolina com o dedo. As duas tirinhas ficam abaixadas. Atrita-se um canudo de pl´astico no cabelo tal que fique bem carre-gado, como indicado pelo teste da parede, Experiˆencia 3.6. O canudo atritado
´e apoiado verticalmente sobre um suporte apropriado, longe dos eletrosc´opios.
(a)
-Figura 7.16: Primeiro procedimento para carregar por indu¸c˜ao.
Aproxima-se lentamente o canudo atritado da borda lateral do eletrosc´opio 𝐴, sem deixar que se toquem. Ele deve ficar parado pr´oximo desta borda.
Observa-se que as duas tirinhas se levantam, como na Figura 7.16 (b).
Mantendo-se o canudo pr´oximo da borda do eletrosc´opio𝐴, afasta-se o ele-trosc´opio 𝐵 do primeiro eletrosc´opio, tomando o cuidado para segurar apenas em sua base ou no canudo de pl´astico, mas sem tocar na cartolina ou na tirinha.
Observa-se que as duas tirinhas permanecem levantadas, como na Figura 7.16 (c).
Em seguida afasta-se o canudo atritado dos dois eletrosc´opios. Observa-se que as duas tirinhas ficam levantadas, indicando que os dois eletrosc´opios ficaram carregados, como na Figura 7.16 (d).
Ao aproximar o canudo atritado na horizontal lentamente da tirinha do eletrosc´opio 𝐵, sem deixar que se toquem, observa-se que a tirinha ´e repelida pelo canudo, aproximando-se da cartolina. Isto indica que este eletrosc´opio ficou carregado com carga de mesmo sinal que o canudo.
Ao aproximar o canudo atritado na horizontal lentamente da tirinha do eletrosc´opio 𝐴, sem deixar que se toquem, observa-se que a tirinha ´e atra´ıda pelo canudo, afastando-se da cartolina e indo no sentido do canudo. Isto indica
que este eletrosc´opio ficou carregado com carga oposta `a carga do canudo.
Agora afastamos o canudo atritado e colocamos os dois eletrosc´opios carre-gados em planos paralelos, com as tirinhas de frente uma para a outra. Quando aproximamos os dois eletrosc´opios, sem deixar que as tirinhas se toquem, pode-mos observar que elas se atraem. Isto pode-mostra mais uma vez que os eletrosc´opios ficaram carregados com cargas opostas, Figura 7.17.
(a)
(b)
Figura 7.17: Os eletrosc´opios eletrizados por indu¸c˜ao ficam com cargas opostas.
Esta experiˆencia fornece uma prova adicional da polariza¸c˜ao el´etrica dos condutores. Neste caso, quando as cartolinas dos eletrosc´opios𝐴 e𝐵 estavam em contato, isto funcionava como um ´unico condutor. Ao aproximar o canudo atritado do eletrosc´opio 𝐴, este ficou carregado com uma carga oposta ao do canudo, enquanto que o eletrosc´opio𝐵ficou carregado com uma carga de mesmo sinal que o canudo. Ao afastar o eletrosc´opio𝐵, ele manteve sua carga. O mesmo ocorreu com o eletrosc´opio𝐴 quando o canudo foi afastado.
Esta experiˆencia mostra tamb´em a conserva¸c˜ao de carga el´etrica, j´a que ao carregarmos dois condutores inicialmente neutros, um ficou positivo e o outro negativo. Ela tamb´em mostra que as cargas se deslocam livremente pela su-perf´ıcie dos condutores.
7.5.2 Segundo Procedimento de Eletriza¸ c˜ ao por Indu¸ c˜ ao
Experiˆencia 7.15
Apresentamos agora um segundo procedimento para eletrizar por indu¸c˜ao.
Um eletrosc´opio inicialmente descarregado tem sua tirinha pr´oxima `a car-tolina. Atrita-se um canudo de pl´astico no cabelo tal que fique bem carregado, como indicado pelo teste da parede, Experiˆencia 3.6. O canudo atritado ´e apoi-ado verticalmente sobre um suporte apropriapoi-ado, longe do eletrosc´opio.
Aproxima-se o canudo atritado lentamente de uma borda do eletrosc´opio, sem deixar que se toquem. Observa-se que a tira do eletrosc´opio se levanta.
Mantendo o canudo perto da borda do eletrosc´opio, toca-se com o dedo na borda oposta do eletrosc´opio. Observa-se que a tirinha se abaixa.
Mantendo o canudo perto da borda do eletrosc´opio, afasta-se o dedo da outra borda. Observa-se que a tirinha continua abaixada.
Afasta-se agora o canudo atritado do eletrosc´opio. Observa-se que a tirinha se levanta, indicando que o eletrosc´opio ficou carregado!
Estes cinco passos est˜ao ilustrados na Figura 7.18.
(a) (b) (c)
.(d) (e)
-Figura 7.18: Segundo procedimento para eletrizar um eletrosc´opio por indu¸c˜ao.
Aproxima-se agora lentamente o canudo atritado na horizontal da tirinha do eletrosc´opio, sem deixar que se toquem. Observa-se que eles se atraem, com a tirinha se afastando da cartolina e indo no sentido do canudo atritado. Pode-se at´e mesmo levantar a tirinha acima da borda superior do eletrosc´opio, Figura 7.19!
-Figura 7.19: Atra¸c˜ao entre o canudo atritado e a tirinha do eletrosc´opio ap´os sua eletriza¸c˜ao por indu¸c˜ao como na Figura 7.18.
Isto indica que o eletrosc´opio ficou carregado com uma carga oposta `a carga do canudo atritado.
Podemos descrever o que aconteceu neste caso utilizando os resultados ante-riores. Quando o canudo atritado ficou pr´oximo de uma borda do eletrosc´opio,
este se polarizou eletricamente. A borda pr´oxima ao canudo ficou com uma carga oposta `a do canudo, enquanto que a outra borda do eletrosc´opio ficou com uma carga de mesmo sinal que o canudo. Ao tocarmos com o dedo nesta segunda borda, as cargas a´ı acumuladas foram descarregadas. Como o canudo atritado ficou perto da primeira borda, as cargas desta borda continuaram opostas `as cargas do canudo. Ao tirarmos o dedo da segunda borda, nada foi afetado na primeira borda. Quando finalmente afastamos o canudo atritado, as cargas que estavam concentradas na primeira borda se espalharam por todo o eletrosc´opio, fazendo com que a tirinha se levantasse. Esta distribui¸c˜ao qualitativa de cargas est´a ilustrada na Figura 7.20.
(a) (b) (c)
.(d) (e)
-Figura 7.20: Distribui¸c˜ao qualitativa de cargas da Figura 7.18.
Com esta experiˆencia obt´em-se um efeito oposto `as Experiˆencias 6.2 e 6.5.
Quando carregamos um eletrosc´opio por contato ou por atrito, vem que ele fica carregado com carga de mesmo sinal que a carga do corpo que o carrega. Por outro lado, quando o carregamos por indu¸c˜ao, ele fica carregado com uma carga de sinal oposto ao corpo carregado que ficou pr´oximo a ele.
Neste caso a cartolina estava inicialmente neutra e no final do processo ficou carregada. Para isto foi necess´ario inicialmente polariz´a-la com a presen¸ca de um corpo carregado, aterrar uma de suas extremidades, retirar o aterramento e depois afastar o corpo carregado. O aterramento serviu para neutralizar a carga de uma de suas extremidades. Como o resultado final foi que a cartolina ficou carregada, o aterramento neste caso serviu para carregar a cartolina. Ou seja, nem sempre o aterramento tem a fun¸c˜ao de descarregar um corpo, como havia ocorrido na Experiˆencia 4.9.
7.5.3 Terceiro Procedimento de Eletriza¸ c˜ ao por Indu¸ c˜ ao
Experiˆencia 7.16
A Experiˆencia 7.15 pode ser feita de outra maneira utilizando novamente a cartolina do eletrosc´opio. Inicialmente aterra-se uma borda da cartolina tocando-a com a m˜ao ou ligando-a por um fio `a Terra. Enquanto esta borda est´a aterrada, aproxima-se um canudo carregado da outra borda da cartolina, sem toc´a-la. Mantendo o canudo pr´oximo desta borda, retira-se o aterramento da outra borda. Agora afasta-se o canudo atritado. Observa-se que o eletrosc´opio
fica carregado, j´a que sua tirinha fica levantada, Figura 7.21. Ao testarmos o sinal da carga el´etrica adquirida pelo eletrosc´opio, conclui-se que ela tem sinal oposto `a carga do canudo atritado.
(a) (b) (c)
.(d)
-Figura 7.21: Outra maneira de eletrizar um eletrosc´opio por indu¸c˜ao.
A distribui¸c˜ao de cargas desta experiˆencia est´a ilustrada na Figura 7.22.
(a) (b) (c)
.(d)
Figura 7.22: Distribui¸c˜ao de cargas da Figura 7.21.