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Propriedades dos condutores em equilíbrio eletrostático

Borges e Nicolau

Um condutor eletrizado ou não está em equilíbrio eletrostático quando nele não há movimento ordenado de cargas elétricas.

Para um condutor em equilíbrio eletrostático são válidas as seguintes propriedades:

• O campo elétrico resultante nos pontos internos de um condutor em equilíbrio eletrostático é nulo.

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• O potencial elétrico em todos os pontos internos e superficiais de um condutor em equilíbrio eletrostático é constante.

 

• As cargas elétricas em excesso num condutor em equilíbrio eletrostático distribuem-se por sua superfície externa.x

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• A densidade elétrica superficial de cargas é maior nas regiões pontiagudas. 

Na região em torno da ponta o campo elétrico é mais intenso. Quando há escoamento de cargas elétricas para o ambiente ele ocorre através das pontas. É o poder das pontas.

• O vetor campo elétrico num ponto da superfície tem direção perpendicular à superfície.

Gaiola de Faraday

Michael Faraday construiu uma gaiola metálica para provar que condutores carregados eletrizam-se apenas em sua superfície externa. O próprio Faraday entrou na gaiola, grande o suficiente para abrigá-lo, e fez com que seus assistentes a eletrizassem intensamente. Da gaiola, mantida sobre suportes isolantes, saltavam faíscas, mas o cientistas em seu interior, não sofreu efeito elétrico algum. Este fenômeno é denominado Blindagem Eletrostática. As blindagens eletrostáticas protegem os aparelhos sensíveis de interferências elétricas externas.

Museu da Ciência de Boston

Animações:
Blindagem Eletrostática
Avião atingido por um raio 
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Exercícios básicos

Exercício 1:
Considere um condutor eletrizado positivamente e em equilíbrio eletrostático.

Pode-se afirmar que:

a) O campo elétrico nos pontos A, B, C e D é nulo
b) Os potenciais elétricos nos pontos A, B, C e D são iguais.
c) A densidade de cargas elétrica é maior em A do que em D.
d) O potencial elétrico em D é maior do que em A.
e) As cargas elétricas em excesso estão em movimento ordenado.

Resolução: 

Nos pontos internos, como por exemplo B e C, o campo elétrico é nulo. Em todos os pontos, internos e superficiais, como por exemplo A, B, C e D, o potencial elétrico é constante. A densidade superficial de cargas elétricas é maior nas pontas (ponto D).

Resposta: b

Exercício 2:
Uma esfera metálica oca, provida de um orifício, está eletrizada com carga elétrica Q.

Dispõe-se de uma pequena esfera metálica neutra.

Estabelece-se um contato entre a esfera oca e a pequena esfera.

Indique quais são as afirmações corretas.

I) Se o contato for interno a pequena esfera não se eletriza.
II) Se o contato for externo a pequena esfera não se eletriza.
III) Se o contato for interno a pequena esfera se eletriza
IV) Se o contato for externo a pequena esfera se eletriza.

Resolução:

As cargas elétricas em excesso distribuem-se pela superfície externa do condutor.
Portanto, se o contato for interno a pequena esfera não se eletriza.
I) correta e III) incorreta.
Se o contato for externo a pequena esfera se eletriza.
II) incorreta e IV) correta.

Respostas: I) e IV)

Exercício 3:
Por que nos para-raios são geralmente utilizadas extremidades pontiagudas, feitas de metais condutores?

Resolução:

A nuvem eletrizada induz cargas elétricas nas pontas do para-raios. Em virtude do "poder das pontas" o campo elétrico nas vizinhanças das extremidades torna-se intenso. Quando atinge determinado valor o ar em sua volta se ioniza, o que facilita a descarga elétrica.

Exercício 4:
Por que os aviões possuem pequenos fios metálicos que se prolongam das asas?

Resolução:

O avião se eletriza devido ao atrito com o ar atmosférico. Os fios metálicos que se prolongam das asas são regiões pontiagudas por meio das quais as cargas elétricas são escoadas para o ambiente externo durante o voo.

Exercício 5:
Por que no interior de um carro você fica protegido durante uma tempestade com raios?

Resolução:

O carro funciona como uma gaiola de Faraday.