Introdução

A eletricidade é uma manifestação de um fenômeno físico que envolve a interação entre cargas elétricas. Ela está presente em muitas formas no cotidiano, desde a iluminação e o funcionamento de eletrodomésticos, até sistemas complexos de comunicação e controle em indústrias. Para compreender como a eletricidade opera, é importante primeiro entender sua base: a matéria e suas propriedades elétricas. Este capítulo irá explorar desde os conceitos fundamentais de átomos e moléculas até a forma como a eletricidade é gerada e controlada.

Composição da Matéria

A matéria é tudo que ocupa espaço e possui massa. Todos os materiais são constituídos de átomos, que por sua vez são compostos de partículas subatômicas.

• Prótons: Partículas com carga positiva que residem no núcleo do átomo. O número de prótons define o elemento químico.
• Nêutrons: Partículas neutras que também estão no núcleo do átomo. Eles não possuem carga elétrica, mas contribuem para a massa do átomo.
• Elétrons: Partículas com carga negativa que orbitam em torno do núcleo. Os elétrons são responsáveis pelas interações elétricas e podem ser transferidos de um átomo para outro, o que gera eletricidade.

Os átomos, em seu estado neutro, possuem a mesma quantidade de prótons e elétrons, equilibrando suas cargas positivas e negativas.

A Molécula e o Átomo

Os átomos podem se combinar para formar moléculas. A molécula é uma estrutura composta por dois ou mais átomos ligados quimicamente. A forma como os elétrons se distribuem entre os átomos e como eles se ligam para formar moléculas tem um impacto direto nas propriedades elétricas do material.

• Ligações covalentes: Ocorrem quando átomos compartilham elétrons.
• Ligações iônicas: Ocorrem quando há transferência de elétrons de um átomo para outro, resultando em íons (átomos carregados eletricamente).

A estrutura atômica e molecular influencia fortemente se um material será um bom condutor ou isolante.

Materiais Condutores e Materiais Isolantes

Os materiais podem ser divididos em duas categorias principais, com base na sua capacidade de permitir ou impedir o fluxo de elétrons:

• Condutores: São materiais que têm elétrons livres, ou seja, elétrons que não estão fortemente ligados ao núcleo de seus átomos e podem se mover facilmente através do material. Os metais, como o cobre, a prata e o alumínio, são excelentes condutores devido à presença de uma grande quantidade de elétrons livres. Eles são utilizados em fios elétricos, circuitos e outras aplicações que exigem a condução eficiente de eletricidade.
• Isolantes: São materiais onde os elétrons estão fortemente ligados aos núcleos de seus átomos e não podem se mover livremente. Isso faz com que eles não conduzam eletricidade. Exemplos de isolantes incluem plástico, borracha, vidro e madeira. Eles são usados para revestir fios e outros componentes elétricos, garantindo que a corrente elétrica não escape para lugares indesejados.

Há também os semicondutores, que possuem propriedades intermediárias entre condutores e isolantes, sendo amplamente usados em eletrônica.

O Que é Eletricidade?

A eletricidade é a movimentação ordenada de elétrons através de um material condutor. Para que essa movimentação ocorra, é necessário que haja uma diferença de potencial elétrico, também conhecida como tensão ou voltagem, entre dois pontos. Essa diferença de potencial cria uma força que empurra os elétrons, gerando o que chamamos de corrente elétrica.

Existem dois tipos principais de corrente elétrica:

• Corrente Contínua (CC): Nesta forma de eletricidade, os elétrons fluem sempre na mesma direção, de um polo negativo para um polo positivo. A corrente contínua é gerada por baterias e alguns tipos de fontes de energia.
• Corrente Alternada (CA): A corrente alternada é aquela em que os elétrons mudam de direção periodicamente. Esse é o tipo de corrente fornecido pelas concessionárias de energia elétrica. A CA é mais eficiente para a transmissão de energia em longas distâncias.

Os elementos básicos de um circuito elétrico são a fonte de energia (como uma bateria), os condutores (fios) e a carga (o dispositivo que consome energia, como uma lâmpada).

Eletrostática

A eletrostática é o ramo da física que estuda as cargas elétricas em repouso. Um corpo está carregado eletricamente quando possui um desequilíbrio entre o número de prótons e elétrons.

• Se um corpo tem mais elétrons que prótons, ele está negativamente carregado.
• Se tem menos elétrons que prótons, está positivamente carregado.

A Lei de Coulomb é uma das principais leis da eletrostática, descrevendo a força entre duas cargas elétricas. A força é diretamente proporcional ao produto das cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre elas.

Exemplos de fenômenos eletrostáticos incluem a eletrização de objetos e as faíscas que ocorrem ao tocar uma superfície eletricamente carregada.

Eletrização por Contato

A eletrização por contato ocorre quando dois objetos entram em contato físico, permitindo a transferência de elétrons de um objeto para outro. Isso resulta em uma redistribuição das cargas entre os dois corpos.

Um exemplo clássico é esfregar um balão em um tecido. Durante o contato, o balão adquire elétrons do tecido, ficando carregado negativamente, enquanto o tecido perde elétrons e se torna positivamente carregado.

Após o contato, ambos os objetos adquirem cargas de mesmo sinal, o que os faz se repelirem.

Eletrização por Indução

A eletrização por indução é um processo no qual um corpo neutro pode ser eletricamente carregado sem contato direto com um corpo já carregado.

Quando um corpo carregado se aproxima de um corpo neutro, ele provoca a separação das cargas no corpo neutro. Por exemplo, se um objeto carregado negativamente se aproximar de um corpo neutro, os elétrons do corpo neutro serão repelidos, e o lado mais próximo ao objeto carregado ficará positivo.

Se, durante esse processo, o corpo neutro for conectado à terra, algumas de suas cargas podem ser eliminadas, resultando em uma eletrização por indução, sem que o corpo carregado tenha tocado o corpo neutro.