A eletrostática é uma área da eletricidade que estuda o comportamento e as propriedades das cargas elétricas que estão, geralmente, em repouso.

Esse tipo de eletricidade é conhecida como eletricidade estática e encontra-se em toda parte, sendo seus efeitos perigosos quando não há o devido conhecimento.

Geralmente, a eletricidade estática acontece quando levamos um pequeno choque ao pegar na maçaneta da porta, ao retirar uma blusa de lã e ouvir estalos, etc. Isso acontece porque tudo que existe no universo possui uma grande quantidade de carga, mas nem sempre conseguimos notá-las, por causa do equilíbrio que há entre elas.

Essa energia se modifica quando há movimento de cargas elétricas, a medida que os elétrons começam a se movimentar, gerando uma corrente elétrica. Nesse caso, a eletricidade passa a ser eletricidade dinâmica ou eletrodinâmica. São exemplos dessa ciência os relâmpagos e as faíscas.

Existem dois impontantes princípios da eletrostática

⇒ Princípio da atração e repulsão: demonstra que cargas elétricas de mesmo sinal se repelem e de sinal contrário se atraem.

⇒ Princípio da conservação das cargas elétricas: em um sistema isolado eletricamente, a soma das cargas elétricas continua constante, mesmo que sejam alteradas as quantidades de cargas do sistema.

Assim, dentro da eletrostática é necessário entender os seguintes conceitos:

Cargas Elétricas

O início dos estudos das cargas elétricas começou quando o homem identificou que existia um tipo de energia na atração de materiais diferentes. Especificamente quando Tales de Mileto, filósofo e matemático grego, atritou uma pedra de âmbar em pêlo de animal e atraiu pequenas partículas de pó.

Nesse estudo é importante entender o conceito de matéria, que significa tudo que tem massa e ocupa um lugar no espaço, ou seja, tudo o que existe no universo é uma matéria. Assim, toda matéria é composta por moléculas, cada uma é formada por átomos que são compostos por três elementos: prótons, elétrons e nêutrons.

O átomo é uma partícula descoberta desde a antiguidade e os cientistas sempre procuraram definir um modelo atômico para representá-lo.

Um dos principais modelos que estudamos hoje é o de Rutheford-Bohr que tem se adaptado as novas descobertas científicas sobre o elemento.

Um átomo possui um núcleo, local em que estão os prótons e os nêutrons, e uma eletrosfera, local onde estão os elétrons que ficam em órbita. Prótons e Nêutrons por sua vez, possuem massa igual, mas os elétrons tem massa bem menor do que eles. A massa dos elétrons pode ser encontrada através da seguinte fórmula:

melétron ≡        1        . m

                            2000

Isso significa que a massa dos elétrons é cerca de 2 mil vezes menor que a dos prótons. Na figura a seguir é possível ver como é um átomo: 

Se esses elementos fossem separados e cada um arremessado em direção à um imã, os elétrons (carga negativa) iriam para um lado, os prótons (carga positiva) para outro e apenas os nêutrons permaneceriam inalterados (carga neutra). Essas propriedades das partículas é chamada de carga elétrica.

Apesar de serem opostos, num átomo neutro, prótons e elétrons possuem valores iguais e são representados dentro da fórmula pela letra 'e', que significa carga elétrica elementar e a unidade internacional utilizada para a medida de cargas elétricas é o coulomb (C):

                     - 19

 e = 1,6 . 10   C

Se um átomo neutro ganha elétrons, pode-se dizer que ele foi eletrizado negativamente. Os processos existentes para a transmissão de elétrons pode ocorrer por meio da eletrização por atrito, contato ou indução eletrostática.

Eletrização dos Corpos

Os átomos, só podem ser alterados em sua constituição se ganharem ou perderem elétrons. Um determinado corpo só é neutro quando possui o mesmo número de prótons e elétrons e a carga elétrica é zero.

Assim, os corpos podem ser eletrizados negativamente ou positivamente.

No primeiro caso, em um corpo há maior quantidade de elétrons do que prótons e a carga elétrica do corpo é negativa. Já no segundo, há maior quantidade de prótons e a carga elétrica do corpo é positiva.

Para eletrizar um corpo, basta apenas reduzir ou aumentar o número de elétrons. Isso pode ser definido pela seguinte equação:

Q = n.e

Em que:

Q: carga elétrica

n: quantidade de cargas elementares

e: carga elétrica elementar

Os processos mais realizados para que ocorra essa eletrização são a eletrização por atrito, eletrização por contato e eletrização por indução eletrostática.

Eletrização por Atrito

A eletrização por atrito foi descoberta pelo matemático Tales de Mileto, na Grécia, aproximadamente em VI a.C., que constatou que o atrito a certos materiais poderiam atrair pedações de pó.

Assim, quando dois corpos neutros criados com materiais diferentes são atritados, um fica eletrizado negativamente, ou seja, ele ganha elétrons e o outro positivamente, ocorrendo a perda de elétrons. As cargas desses elementos são iguais, mas possuem sinais opostos.

Um exemplo disso é a régua de plástico, se atritarmos ela ao cabelo, que deve estar sem creme, e depois passá-la em pedacinhos de papel, estes serão atraídos para a régua. Essa eletrização irá depender muito do tipo de material que está sendo atritado.

Eletrização por Contato

A eletrização por contato ocorre quando um corpo é colocado em contato com outro, quando os dois são condutores. Se um desses corpos for eletrizado, a carga elétrica se torna estável e é redistribuída para ambos e os dois ficam com mesma carga e mesmo sinal.

Eletrização por Indução Eletrostática

Na eletrização por indução eletrostática é necessário que haja um corpo eletrizado, que funcionará como indutor de um corpo neutro. Isso quer dizer que, os corpos não entrarão em contato um com o outro, mas haverá uma movimentação de cargas ou indução. Os elétrons do corpo neutro, dependo do sinal da carga do corpo indutor serão repelidos ou atraídos.

Existem dispositivos que mostram se um corpo está ou não eletrizado. São chamado de Eletroscópios. Um é o pêndulo eletrostático e o outro é o eletroscópio de folhas.

Lei de Coulomb

A lei de Coulomb foi criada por Charles Augustin Coulomb em 1785 e refere-se a força de atração e repulsão de cargas elétricas puntiformes (com massa e dimensão desprezível), ou seja, a força elétrica. Esse cientista descobriu a intensidade das forças de atração e repulsão em partículas eletrizadas através de um experimento em que ele utilizou uma balança de torção.

Ele chegou a conclusão de que quando duas cargas elétricas, representadas por q¹ e q² são separadas uma da outra por uma distância d, se repulsam. Assim ele deu origem a fórmula matemática para medir essa intensidade:

F = K . q1 . q2

               d²

Isso quer dizer que uma força elétrica (F) de atração ou repulsão entre partículas que estão eletrizadas são diretamente proporcionais à carga elétrica de cada partícula (q1 e q2) e inversamente proporcionais ao quadrado da distância que as separa (d).

A letra K significa uma constante de proporcionalidade. Se a carga q1 obtiver o mesmo sinal da carga q2, se repelirão positivamente. No caso de sinais opostos, haverá atração entre as duas.

As unidades de medidas utilizadas para cada elemento da fórmula são para F, intensidade da força, o Newton. Para q1 e q2 Coloumb. Para d, distância utiliza-se o metro.

Campo Elétrico

A Terra possui um campo gravitacional, assim como qualquer outro planeta que tem a característica de atrair objetos próximos a ele. Da mesma forma, uma carga elétrica também possui um campo invisível ao seu redor que pode influenciar as cargas colocadas próximas. O campo elétrico é a força gerada pela ação de cargas elétricas. Para se calcular a intensidade de um campo elétrico em uma região podemos utilizar a seguinte equação:

E =F

     |q|

E: Campo Elétrico

F: Força Elétrica

|q|: carga de prova

As unidades utilizadas internacionalmente são o Newton e o Coulomb. Um campo elétrico só existe quando há um campo de prova naquele local.

Campo Elétrico Uniforme

Se uma carga estiver livre ela vai sofrer uma aceleração constante, por intermédio de um Movimento Retilíneo Uniformemente Variado (MRUV). A fórmula abaixo indica que a carga sofre também uma força constante:

F = q. E

Campo de uma Carga Pontual

A intensidade de uma carga puntual q é dada pela seguinte fórmula:

E = K . q

          d²

A letra (E) é a unidade de intensidade, que é igual à constante K, multiplicada pela carga q, dividido pela distância ao quadrado.

Potencial Elétrico

O potencial elétrico é a capacidade de um corpo eletrizado repelir ou atrair outras cargas elétricas. Para medir a capacidade de trabalho de um campo elétrico utiliza-se a grandeza potencial elétrico. Pode-se utilizar a seguinte fórmula para calcular o potencial elétrico:

V = Ep

         q

V: Potencial Elétrico

Eq: Energia Potencial (J)

q: carga (C)

A unidade de medida utilizada para potencial elétrico é o Volt (V) em homenagem a Alessandro Volta, um físico italiano que descobriu essa grandeza.