Moléculas,substânciaspuras emisturas
CONSERVAÇÃODECARGA
Vamos repetir a experiência do balão com carga negativa e o algodão com carga positiva. Se aproximarmos um do outro, já sabemos que eles se atraem. Mas por quanto tempo? Se os dois objetos forem bem carregados, ao se aproximarem, o pedaço de algodão ficará colado ao balão. Mas, após um certo tempo, os objetos deixam de se atrair. Se agora tentarmos aproximar do balão uma folha de papel, a folha não mais será atraída por ele. Da mesma maneira, se tentarmos aproximar o pedaço de algodão de um pedaço de papel, não veremos mais nenhuma atração. Ou seja, nem o balão nem o algodão estão mais eletrizados
(carregados).
A conclusão que podemos tirar dessas duas observações é que, após um certo tempo de contato, tanto o balão quanto o pedaço de algodão perdem suas cargas, tornando-se objetos neutros, incapazes de atrair outros objetos. Entretanto, antes de colocarmos o balão e o pedaço de algodão em contato, eles estavam carregados, um positiva e outro negativamente. Se, após um certo tempo de contato, eles ficaram neutros, é porque:
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a. a carga negativa do balão foi “transferida” para o algodão, neutralizando sua carga positiva;
b. ou a carga positiva do algodão foi “transferida” para o balão, neutralizando sua carga negativa.
Independentemente de ter havido “transferência” de carga do algodão para o balão ou vice-versa, para que ambos os objetos, ao final da experiência, estejam neutros, isto é, sem carga, a quantidade de
carga negativa (q-
B ) presente no balão teria que ser igual à quantidade
de carga positiva no algodão (q+ A ).
Mas você lembra como tudo começou? Pegamos dois objetos
neutros (q = 0), um pedaço de algodão que esfregamos no balão. Como
resultado desta operação, os dois objetos neutros se carregaram, um negativamente (o balão) e outro positivamente (o algodão). Colocados em contato por um certo tempo, eles novamente se tornam neutros. Os resultados estão resumidos na Tabela 5.1.
Tabela5.1:Evoluçãodacarganosmateriaisduranteaexperiênciadeatrito
Cargas
Balão Algodão Total
Início 0 0 0+0=0
Apósatrito q-
B q+A q+A+q-B
Final 0 0 0
Esse resultado indica que, no processo de eletrização, os dois objetos ficaram com as mesmas quantidades de carga, mas de sinais opostos. Então:
q+
A+q–B=0 q+A=–q–B
Portanto, a carga total antes, durante e após o contato dos objetos é a mesma, ou seja, é conservada.
Além da conservação da carga total, esta última experiência nos revela que o processo de neutralização envolve a passagem de eletricidade de um objeto para o outro.
Tenho a impressão de que, após todas estas experiências, há algo que lhe incomoda profundamente. E não me espantaria nem um pouco se você me perguntasse: “Tudo bem, mas de onde surgem essas cargas?”
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Veja só uma coisa. Das experiências anteriores, concluímos que, no processo de neutralização, há passagem de eletricidade de um objeto (balão) a outro (algodão), mas não sabemos ainda por qual dos dois processos, (a) ou (b). Para poder continuar a desenvolver nosso raciocínio, vamos supor que tenha sido através do processo (a). Esta escolha não fará a menor diferença para o resultado final. Veja a Figura 5.6.
Neutralização
Figura5.6:Cargasnegativasfluemdobalãoparao
algodãoduranteoprocessodeneutralização.
Mas, antes de esfregarmos o algodão no balão, este estava sem carga. Logo, a carga negativa adquirida pelo balão só pode ter sido passada pelo pedaço de algodão! Sim, mas de onde veio a carga positiva do algodão? A resposta é: de lugar nenhum! A carga positiva estava lá, no pedaço de algodão, o tempo todo! Não há outra explicação possível! Observe a Figura 5.7.
Umaoutrapossibilidadeseriasuporque,noprocessodeeletrização,aomesmo tempoqueoalgodãopassariacarganegativaparaobalão,estepassariacarga positivaparaoalgodão:
Mas, se isso acontecesse, estaríamos diante da mesma pergunta: de onde viriamascargaspositivasenegativastrocadasentreosobjetos,noprocesso deeletrização?Hojesabemosque,noprocessodeeletrização,sóumtipode cargaétransferido(negativa),enumasódireção. Figura5.7:Ascargaspositivasenegativasjáseencontramnosobjetos.Seoobjeto éneutro,teremosamesmaquantidadedecargapositivaenegativa.Casocontrário, haveráexcessodeumdostiposdecarga.
Início Eletrização Final
q- q+
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Sabe qual é o problema? Nós começamos esta discussão descrevendo o processo de eletrização de um objeto. E definimos como
neutro um objeto não eletrizado. Em seguida, vimos que, para entender
as várias experiências de atração e de repulsão, teríamos que supor a existência de dois tipos de carga: positiva e negativa. E, para entender o processo de eletrização, teríamos que supor que a eletricidade (ou a carga) pode passar de um objeto para outro. Mas como um objeto pode passar algo que não tem para outro? Não pode, é claro. Mas, se a carga negativa que o algodão passou para o balão já estava no algodão, antes do processo de eletrização, como é que o algodão podia estar neutro, isto é, sem carga? Aí é que está o nosso grande erro: acreditar que um objeto neutro não possui carga (elétrica). Qualquer objeto neutro possui, sim, carga; só que ele possui tantas cargas negativas quanto positivas, de forma que a carga total seja nula.
Figura5.8:Objetoscomamesmaquantidade
decargaspositivasenegativas.
Estamos quase no final da nossa viagem ao mundo microscópico, não é? Você, provavelmente, não concorda. Mas veja o seguinte. Acabamos de concluir que todos os objetos (o balão, o algodão, o pente etc.) contêm cargas positivas e negativas. Por outro lado, sabemos que estes materiais (a borracha do balão de gás, o plástico do pente, o algodão etc.) são feitos de moléculas, que por sua vez são formadas de átomos.
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Logo, os átomos que formam as moléculas, que formam os objetos, têm que ser feitos dessas cargas, positivas e negativas, em igual número, para garantir a neutralidade.
Átomossãoformadosdecargaspositivas
enegativasemigualnúmero.
!
Um “modelo” bastante simples de um átomo poderia ser representá-lo por uma esfera contendo um número igual de cargas positivas e negativas (Figura 5.9). Em breve, mostraremos que este modelo está longe de ser satisfatório. Antes disto, vamos fazer, na próxima aula, algumas outras experiências.
Figura5.9:Modelosimplificadoparaoátomo. ATIVIDADEFINAL Atraçãoourepulsão? Imaginequecadaquadradobrancoaseguirsejaumobjeto.Paracadaumadas situações,descrevacomosemoveráoobjetocarregadonocentro,considerando queosobjetoscarregadosnasextremidadesestãofixos,ouseja,quenãopodem semover.Considerequeascargastêmomesmovalor. a. b. c.
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___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ RESPOSTACOMENTADANo caso a. a carga central é repelida para a esquerda pela carga localizadaàdireita,mastambémérepelidaparaadireitapelacarga localizadaàesquerda.Oresultadoéqueoobjetonãosemove. No caso b. a carga central é atraída para a esquerda pela carga localizadaàesquerda,mastambéméatraídaparaadireitapelacarga localizadaàdireita.Oresultadoéqueoobjetonãosemove. Nocasoc.acargacentralérepelidaparaaesquerdapelacargalocalizada àdireita,etambéméatraídaparaaesquerdapelacargalocalizadaà esquerda.Oresultadoéqueoobjetosemoveparaaesquerda. R E S U M O Doisobjetosquaisquerquandoatritadosseeletrizam,ouseja,ficamcomexcesso decargaelétrica.Oexcessopodeserdecargapositivaounegativa.Entretanto, comoacargatotaltemqueserconservada,oexcessodecargapositivadeumdos objetosseránecessariamenteigualaoexcessodecarganegativadooutro.Objetos comcargademesmosinalserepelem,enquantoqueobjetoscomcargasdesinais contráriosseatraem.Átomossãoformadosporcargasnegativasepositivasem igualnúmero.