As Experiˆencias 3.7 e 3.8 mostram que a atra¸c˜ao exercida por um corpo eletrizado sobre um condutor ´e bem maior do que sobre um isolante.5 Suponha que temos duas substˆancias, uma condutora e uma isolante, do mesmo tamanho, peso e formato. Vamos supor ainda que elas sejam colocadas `a mesma distˆancia de um corpo eletrizado. As experiˆencias mostram que a substˆancia condutora sofrer´a uma for¸ca de atra¸c˜ao maior do que a isolante, sendo estas for¸cas exer-cidas pelo mesmo corpo eletrizado. Podemos extrair uma regra pr´atica destas experiˆencias, a saber, que se um corpo eletrizado atrai visivelmente substˆancias leves, ent˜ao estas substˆancias leves v˜ao comportar-se como condutoras para as experiˆencias usuais de eletrost´atica (ou seja, v˜ao descarregar um eletrosc´opio eletrizado ao tocar na cartolina enquanto s˜ao segurados pela m˜ao).
O inverso tamb´em se aplica. Isto ´e, as substˆancias que descarregam um eletrosc´opio v˜ao ser aquelas que ser˜ao atra´ıdas com grande for¸ca por um corpo eletrizado. J´a as substˆancias isolantes que n˜ao descarregam um eletrosc´opio eletrizado v˜ao ser pouco atra´ıdas por um corpo eletrizado.
3.2 Classificando os Corpos como Condutores ou Isolantes pelo Circuito de Teste
No Volume 1 deste livro vimos que a diferen¸ca de potencial atuando nas ex-tremidades de um corpo ´e um fator importante para saber se o corpo vai se comportar como condutor ou isolante.6 Um corpo que se comporta como um isolante quando suas extremidades est˜ao sob a a¸c˜ao de uma pequena diferen¸ca de potencial el´etrico (at´e tipicamente algumas dezenas de volts) pode passar a se comportar como um condutor quando esta diferen¸ca de potencial ultrapassa um certo limite. Nas experiˆencias usuais de eletrost´atica lidamos com altas di-feren¸cas de potencial, variando tipicamente entre 1.000 V e 10.000 V, quando ent˜ao a grande maioria dos corpos l´ıquidos e s´olidos se comporta como condutor.
J´a para baixas diferen¸cas de potencial de at´e algumas dezenas de volts a grande maioria dos corpos s´olidos e l´ıquidos comporta-se como isolante. Os metais s˜ao uma exce¸c˜ao pois comportam-se como excelentes condutores tanto para altas diferen¸cas de potencial quanto para baixas diferen¸cas de potencial. As resinas naturais e sint´eticas como o ˆambar e os pl´asticos em geral tamb´em s˜ao exce¸c˜oes, j´a que se comportam como bons isolantes para estas baixas e altas diferen¸cas de potencial.
5Se¸c˜ao 7.7 de [Ass10b], [Ass10a], [Ass11], [Ass15b] e [Ass17].
6Se¸c˜ao 6.6 de [Ass10b], [Ass10a], [Ass11], [Ass15b] e [Ass17].
Fazemos agora algumas experiˆencias utilizando o circuito de teste da Fi-gura2.19. Vamos lidar com baixas diferen¸cas de potencial e faremos uma nova defini¸c˜ao de condutor e isolante apropriada para este caso.
Experiˆencia 3.9 - Fechando o circuito de teste com um fio met´alico
Ao ligarmos as extremidades de um fio met´alico entre os pontosA eB da Figura2.19, tal como um fio de cobre desencapado nas duas pontas, observamos que a lˆampada acende, como indicado na Figura3.10.
A B
+
-Figura 3.10: Ao ligar um fio de cobre desencapado nas duas pontas entreA eB, observa-se que a lˆampada acende.
E importante que esta experiˆencia seja feita em primeiro lugar e que a´ lˆampada acenda para assim termos certeza de que todas as liga¸c˜oes el´etricas est˜ao bem feitas. Este fato tamb´em indicar´a que est´a fluindo uma corrente el´etrica pelo circuito.
Al´em disso, a lˆampada n˜ao deve ficar acesa muito tempo para evitar de descarregar a pilha. O ideal ´e desligar as conex˜oes assim que percebermos que ela acendeu. Podemos ent˜ao prosseguir para testar outras substˆancias.
Experiˆencia 3.10 - Fechando o circuito de teste com um canudo pl´astico ou palito de madeira
Ao ligarmos um canudo pl´astico entreAeB, ou ent˜ao ao ligarmos um palito de madeira entreA eB, observamos que a lˆampada fica apagada, Figura3.11.
A B
+
A B
-+
-(a) (b)
Figura 3.11: (a) Ao ligar um canudo pl´astico nas duas pontas entreAeB, observa-se que a lˆampada n˜ao acende. (b) A lˆampada permanece desligada ao ligarAeB atrav´es de um palito de madeira.
Experiˆencia 3.11 - Fechando o circuito de teste com ´agua
Ao colocar ´agua de torneira ou da chuva em um copo pl´astico e ligar as extremidades A e B na ´agua, percebemos que a lˆampada continua apagada, Figura3.12.
A B
+
-Figura 3.12: Ao ligar atrav´es da ´agua as duas pontas desencapadasAeBapoiadas em um copo pl´astico, observa-se que a lˆampada n˜ao acende.
3.2.1 Defini¸ c˜ ao de Condutor e Isolante quando ´ e Aplicada uma Baixa Diferen¸ ca de Potencial entre as Extremi-dades do Corpo
Seguindo os procedimentos das Experiˆencias3.9at´e3.11com v´arias substˆancias podemos fazer uma nova classifica¸c˜ao de materiais condutores e isolantes apro-priada para baixas diferen¸cas de potencial.
Defini¸c˜ao 3.4
Se a lˆampada da Figura 2.19 acende quando uma certa substˆancia conecta os pontos A e B, como indicaco na Figura 3.10, esta substˆancia ´e chamada de condutor. Se a lˆampada n˜ao acende, como indicado na Figura 3.11, esta substˆancia ´e chamada deisolante.
Das experiˆencias citadas conclui-se que o fio de cobre ´e condutor quando est´a sob a a¸c˜ao de uma diferen¸ca de potencial de 1,5 volt. Se a lˆampada ficar ligada por um tempo suficientemente longo, vai descarregar a bateria. J´a um canudo pl´astico, um palito de madeira, a ´agua de torneira ou da chuva s˜ao isolantes para uma diferen¸ca de potencial de 1,5 V. Como observado por Gaspar, tamb´em o grafite, a ´agua salgada e um lim˜ao comportam-se como isolantes para diferen¸cas de potencial de 1,5 V, ao contr´ario do que se encontra afirmado em diversos livros did´aticos.7
7[Gas03, p´ags. 252-256].
3.2.2 Corpos que se Comportam como Condutores ou Iso-lantes nas Experiˆ encias Usuais com Corrente Cons-tante
Testes realizados com v´arias substˆancias ao seguir as Experiˆencias3.9at´e3.11 levam ao seguinte resultado:
• Corpos que se comportam como condutores quando est˜ao sob a a¸c˜ao de uma diferen¸ca de potencial de 1,5 V:
Todos os metais.
• Corpos que se comportam como isolantes quando est˜ao sob a a¸c˜ao de uma diferen¸ca de potencial de 1,5 V:
Ar seco, ar ´umido, ˆambar, pl´astico, seda, madeira, vidro aquecido, vidro
`
a temperatura ambiente, n´ailon ou poliamida sint´etica, algod˜ao, PVC, poli´ester, l˜a, cabelo humano, tubo de acr´ılico, pano de acr´ılico, isopor, barra de chocolate, caf´e em p´o, papel, cartolina, papel de “seda,” giz, porcelana, ´agua de torneira ou de chuva, ´agua salgada, ´agua com lim˜ao, xampu, querosene, leite, refrigerante, detergente, ´oleo vegetal, parede, lousa, corti¸ca, couro, farinha de trigo, fub´a, fio de acr´ılico, sal, a¸c´ucar, serragem, solo ou barro, tijolo, borracha, etc.
Podem ser feitas diversas varia¸c˜oes destas experiˆencias. Por exemplo, caso n˜ao sejam encontrados bocais destas lˆampadas de lanterna, os fios podem ser soldados diretamente nos terminais da lˆampada. Ou seja, a parte desencapada da extremidade de um fio ´e soldada na rosca da lˆampada e a parte desencapada de uma extremidade do outro fio ´e soldada na base da lˆampada. ´E poss´ıvel ainda prender com a m˜ao ou com uma fita adesiva um fio na rosca da lˆampada e outro fio na base da lˆampada. As extremidades desencapadas dos fios podem ser presas aos terminais das pilhas com fitas adesivas ou com fitas isolantes.
Existem tamb´em alguns suportes de pilha que j´a vˆem com um fio ligado ao terminal positivo da pilha e outro fio ligado ao terminal negativo da pilha.
Estes suportes facilitam os contatos entre os terminais das pilhas e as lˆampadas ou outros componentes do circuito el´etrico. Tamb´em podem ser utilizadas 2 pilhas de 1,5 V ligadas em s´erie, juntamente com lˆampadas que acendam com uma diferen¸ca de potencial de 3 V entre seus terminais.
E importante observar que existem v´arias substˆancias que se comportam´ como condutoras de acordo com a Defini¸c˜ao3.3, mas comportam-se como iso-lantes de acordo com a Defini¸c˜ao 3.4. Exemplos: ´agua de torneira, um espeto de madeira, papel, alguns tipos de vidro na temperatura ambiente, etc. Estas substˆancias descarregam um eletrosc´opio eletrizado quando h´a uma diferen¸ca de potencial variando tipicamente entre 1.000 V e 10.000 V entre o eletrosc´opio e o solo. Portanto elas comportam-se como condutoras para estas altas voltagens.
Contudo, elas n˜ao permitem a passagem de uma corrente el´etrica com intensi-dade capaz de acender a lˆampada (isto ´e, n˜ao permitem um fluxo razo´avel de part´ıculas eletrizadas atrav´es delas) quando suas extremidades est˜ao sob a a¸c˜ao
de uma pequena voltagem que pode chegar a algumas dezenas de volts. Por-tanto estas mesmas substˆancias comportam-se como isolantes para estas baixas voltagens.
Como mencionado no Volume 1 deste livro, devido a este fato seria mais apro-priado mudar nossa terminologia. Dizemos normalmente que um certo corpo A ´e um condutor, enquanto que um outro corpoB ´e um isolante. Contudo, pelo que acabou de ser visto, seria mais apropriado dizer que sob certas cir-cunstˆancia o corpoAcomporta-se comoum condutor, enquanto que sob outras circunstˆancias elecomporta-se como um isolante. A mesma terminologia vale-ria para o corpo B. Contudo, esta forma de express˜ao tornaria as senten¸cas muito longas e complicadas. Por este motivo manteremos a terminologia usual dizendo que os corpos s˜ao condutores ou isolantes. De qualquer forma deve ficar claro para todo mundo que estes conceitos de condutor e isolante s˜ao rela-tivos. O comportamento dos corpos depende n˜ao apenas de suas propriedades intr´ınsecas, mas tamb´em das condi¸c˜oes externas a que est˜ao sujeitos.