Condutores e Isolantes

É conveniente classificar as substâncias de acordo com a sua facilidade de conduzir cargas elétricas:

Condutores elétricos são materiais nos quais as cargas elétricas movem-se livremente, enquanto que isolantes elétricos (dielétricos) são materiais nos quais as cargas elétricas não podem mover-se livremente.

Materiais como o vidro, a borracha e madeira encontram-se na categoria dos isolantes elétricos. Quando estes materiais são eletrizados por atrito, somente o local atritado torna-se eletrizado e a carga não pode move-se para outras regiões do material.

Materiais como o cobre (Cu), o alumínio (Al) e a prata (Ag) comportam-se de maneira contrária, ou seja, são bons condutores de cargas elétricas. Quando estes materiais são eletrizados em uma região, a carga elétrica rapidamente se distribui por toda a superfície do material. Se você segurar uma barra de cobre com sua mão e atritá-la com madeira ou um pedaço de couro, ela não irá atrair pequenos pedaços de papel. Isto poderia indicar que um metal não pode ser carregado. No entanto, se você colocar um cabo de madeira na barra de cobre e novamente atritar a barra segurando-a pelo cabo, a barra permanecerá carregada e atrairá os pedaços de papel.

A explicação é a seguinte: Sem o cabo de madeira isolante, a carga elétrica produzida pelo atrito rapidamente passa pela barra de cobre e atravessa o seu corpo indo para dentro da Terra. O cabo isolante de madeira evita que as cargas elétricas passem para a sua mão.

Semi-condutores são uma terceira classe de material e suas propriedades elétricas estão em algum lugar entre condutores e isolantes. O silicone é um exemplo conhecido de semi- condutor, assim como o germânio (Ge) que são utilizados no fabrico de vários componentes eletrônicos como os transistores e diodos.

Quando um condutor é conectado à Terra por meio de um fio condutor, dizemos que ele está aterrado. Por este motivo, a Terra pode ser considerada uma espécie de "ralo" que "puxa" as cargas elétricas. Entendendo este conceito, podemos aprender como carregar um condutor através de um processo conhecido como indução.

Considere uma esfera condutora (de metal) neutra e isolada do chão, conforme a figura (a), abaixo:

Quando uma barra de borracha negativamente carregada é aproximada da esfera (sem tocá-la), a região da esfera mais próxima da barra fica com um excesso de cargas positivas, enquanto que a região mais afastada da barra fica com a mesma quantidade de cargas, só que negativas (os elétrons da região mais próxima da barra foram repelidos para o outro lado da esfera. Veja no desenho abaixo)

Se a mesma experiência for realizada com um fio condutor ligando a esfera à Terra (Fig. c), alguns dos elétrons existentes no condutor serão tão fortemente repelidos pelos elétrons da barra que sairão da esfera, passarão pelo fio, indo finalmente para à Terra.

Se o fio Terra for removido (Fig d), a esfera ficará com um excesso de carga induzida positiva


Afastando a barra de borracha, as cargas positivas distribuem-se pela superfície da esfera (Fig. e).



Obs:

• A barra de borracha é chamada de indutor;
• Durante o processo, não houve perda de cargas no indutor;
• Não há contato entre a barra e a esfera.
  

Um processo parecido ocorre com os isolantes: Em muitas moléculas neutras, o centro das cargas positivas coincide com o centro das cargas negativas. Porém, em presença de um objeto carregado, este centro dentro pode se deslocar um pouco, fazendo com que haja mais cargas positivas de um lado da molécula do que do outro. Este novo realinhamento de cargas (veja figura abaixo) dentro de cada molécula produz cargas induzidas na superfície do isolante. (Processo de polarização de um isolante)

Agora você já pode explicar por que um pente de plástico (material isolante) ao ser atritado com seu cabelo atrai pequenos pedaços de papel.

• ELETROSCÓPIOS

São aparelhos que servem para verificar se um corpo está eletrizado.

São exemplos de eletroscópios:

a) Pêndulo Elétrico: É feito de uma esfera com carga neutra, um fio de seda (isolante) e uma haste.




O pêndulo funciona da seguinte maneira:

Se aproximarmos da esfera um corpo e ela for atraída por ele, então esse corpo estará carregado com cargas elétricas. Se nada acontecer, então este corpo estará neutro, isto é, sem cargas elétricas.




b) Eletroscópio de Folhas

É um dos mais usados. É constituído de uma haste h metálica, que é ligada na parte superior a uma esfera metálica E, e na parte inferior a duas folhas metálicas bem finas a e b. As duas folhas são mantidas no interior de um recipiente que pode ser uma garrafa de vidro.

Para verificarmos se um corpo está eletrizado, aproximamos o corpo da esfera E. A esfera E, a haste h e as duas lâminas a e b eletrizam-se com eletricidade do mesmo nome que a do corpo. Logo, as duas folhas a e b repelem-se.


Em seguida, assista ao filme abaixo, para melhorar o entendimento sobre eletroscópios.