21.06 Saber de que forma um objeto eletricamente carregado pode induzir uma carga elétrica em outro objeto.
Passo 1
O que o enunciado pede: explicar de que forma um objeto eletricamente carregado pode induzir uma carga elétrica em outro objeto.
Informações que temos (implícitas no enunciado e que vamos usar):
- Existe um objeto A que está eletricamente carregado (por exemplo com carga
, positiva ou negativa). - Existe um objeto B que inicialmente está neutro (carga total zero). B pode ser um condutor (elétrons móveis) ou um isolante (elétrons ligados).
- Podemos aproximar A de B sem tocar, podemos tocar B com a mão ou com um fio ligado à terra (aterramento), ou podemos encostar A em B.
- Vamos usar a lei que dá a força elétrica entre cargas, que é a explicação física do porquê as cargas se movem:
.
O pedido é: descrever claramente os mecanismos (o que acontece passo a passo) pelos quais A induz carga em B, diferenciando casos (condutor vs isolante, com ou sem aterramento, contato ou não).
Passo 2
Conceito básico: polarização (explicação didática e sem jargão pesado).
- Mesmo que B seja neutro, as cargas positivas e negativas dentro dele sentem a presença de
. Isso significa que as posições típicas dos elétrons e dos núcleos mudam um pouco — é o que chamamos de polarização. - Em um isolante (dielectric), os elétrons não se movem livremente por todo o corpo, mas se deslocam localmente dentro dos átomos/moléculas; isso cria pequenos dipolos alinhados. Resultado: uma separação local de cargas sem haver transferência macroscópica de carga. B continua neutro globalmente, mas com lados ligeiramente com cargas opostas.
- Em palavras simples: a presença de
“puxa” uma extremidade negativa e “empurra” a positiva de cada átomo/molécula, alinhando-os.
Passo 3
Condutor isolado (sem aterramento): redistribuição de cargas.
- Em um condutor existem elétrons livres que podem se mover por todo o corpo. Quando o objeto carregado
é aproximado, esses elétrons sentem uma força dada por . - Se
(positivo), os elétrons (carga ) são atraídos para a face de B mais próxima de . Assim a face próxima fica com excesso de carga negativa e a face oposta fica com excesso de carga positiva (por falta de elétrons). A carga total de B permanece zero, apenas houve redistribuição. - Se
(negativo), o contrário: elétrons são repelidos para a face oposta, deixando a face próxima com carga positiva local. - Importante para a prova: descrever esse movimento dizendo quem é atraído/repelido e que a soma das cargas em B continua a mesma se não houver contato com a terra.
Passo 4
Por que isso acontece — fórmula e interpretação (aula curta).
- A força elétrica entre duas cargas pontuais é
. Aqui: -
é a constante eletrostática ( ), -
é a carga do objeto A, -
é a carga do portador (por exemplo um elétron, ), -
é a distância entre elas.
-
- A direção da força depende do sinal de
: se a força é de atração; se é de repulsão. - Em um condutor, muitos elétrons experimentam forças parecidas e se movem até que os campos internos se ajustem (equilíbrio eletrostático), resultando na distribuição de cargas mencionada.
Passo 5
Indução sem contato e sem aterramento — o que você deve dizer na prova.
- Procedimento mental: aproxime
(por exemplo positivo) de B (condutor) sem tocar. Explique: elétrons vão para o lado mais próximo. A face próxima fica negativa; a face oposta positiva. - Resultado: B fica polarizado, mas sua carga total continua zero. Se você afastar
, os elétrons voltam a se distribuir uniformemente e B volta a neutro globalmente. - Dica de redação em prova: use termos “redistribuição de cargas”, “face próxima: carga oposta à de
”, “face distante: carga de mesmo sinal que ” e conclua que a carga total não mudou.
Passo 6
Indução com aterramento — como conseguir carga líquida em B (passo a passo prático).
- Objetivo: transformar a polarização temporária em uma carga líquida permanente em B. Sequência quando
é positivo (caso mais comum): - Aproxima
da superfície de B (sem tocar). Isso atrai elétrons de B para a face próxima e deixa a face oposta positiva. - Conecta B à terra (por exemplo, encosta um fio ou a mão): a ligação à terra permite que elétrons fluam do solo para B ou de B para o solo conforme o campo. No caso de
, a face positiva (lado oposto) atrai elétrons da terra para neutralizá-la; elétrons também podem preencher o condutor até o equilíbrio. - Desconecta a terra enquanto
ainda está perto. Agora o excesso de elétrons que entrou fica “preso” em B. - Afasta
. Com longe, a distribuição de cargas em B se rearranja, mas agora B tem excesso de elétrons, ou seja, passou a ter carga líquida negativa.
- Aproxima
- Se
fosse negativo, a sequência análoga faria com que elétrons fossem repelidos para a terra quando a ligação estivesse feita; após desconectar e afastar , B ficaria com carga líquida positiva. - Em resumo para a prova: aterramento durante a aproximação permite transferência de carga entre terra e o corpo polarizado; desconectar antes de retirar
“congela” a carga líquida.
Passo 7
Diferença entre indução (sem contato) e eletrização por contato (condução).
- Indução: não é necessário contato entre A e B. A presença do campo de A apenas rearranja cargas em B; com aterramento adequada é possível deixar B carregado, sem nunca tocar em A.
- Contato (condução): você encosta A em B; há transferência direta de cargas entre os dois até o equilíbrio. Após separar, ambos podem ficar com carga líquida.
- Na prova, destaque: indução é útil quando se quer carregar um objeto sem tocá-lo; condução transfere cargas por contato físico.
Passo 8
Exemplo prático simples (experimento mental com esfera metálica e bastão carregado).
- Esfera metálica neutra
. Bastão carregado positivamente . - Aproximar bastão: elétrons da esfera se movem para o lado próximo (face negativa), deixando o lado oposto positivo.
- Encostar fio terra no lado oposto: elétrons vêm do solo para neutralizar o lado positivo; continuar até equilíbrio.
- Desconectar o fio, depois retirar o bastão. A esfera ficou com carga negativa líquida.
- Se for preciso, descreva direções de fluxo de elétrons: do solo para a esfera quando bastão é positivo; da esfera para o solo quando bastão é negativo.
Passo 9
Comportamento em isolantes e limites do processo.
- Em isolantes não há elétrons livres para viajar por todo o corpo, então não se consegue transferir carga facilmente por aterramento; o que aparece é apenas polarização local.
- Logo, para carregar por indução permanentemente é preciso que B seja um condutor (ou que se permita transferência de carga para algum condutor ligado a ele).
- Em provas, se perguntarem “serve para qualquer material?”, responda: polarização sim, carga líquida por aterramento só em condutores.
Passo 10
Conservação de carga e papel da terra (explicação curta).
- A carga total do sistema se conserva sempre que não houver conexão com um reservatório. A terra funciona como um reservatório praticamente infinito de carga: ao conectar um condutor à terra, cargas podem entrar ou sair do condutor para a terra, mudando a carga total do objeto.
- Na prática experimental e em questões, diga: “a terra fornece/recebe elétrons, portanto possibilita carga líquida no corpo por indução”.
Passo 11
Resumo prático para usar na prova (frases modelo que você pode escrever).
- “Um objeto carregado
cria um campo elétrico que polariza outro objeto neutro: em condutores ocorre redistribuição de elétrons e em isolantes ocorre polarização local sem fluxo macroscópico.” - “Se o condutor for aterrado enquanto polarizado, haverá fluxo de elétrons entre terra e o condutor; ao desconectar e remover
, fica-se com carga líquida no condutor, do sinal oposto ao de se eletrões entraram, ou do mesmo sinal se elétrons saíram.” - “Indução: sem contato. Condução/contacto: com contato e transferência direta.”
Resposta
Um objeto carregado induz carga em outro por polarização: o campo de
provoca redistribuição de cargas em um condutor (ou alinhamento de dipolos em um isolante). Sem aterramento, a carga total do objeto induzido permanece zero (apenas redistribuída). Com aterramento feita enquanto o objeto carregado está próximo, ocorre transferência de elétrons entre o objeto e a terra; ao desconectar e remover o objeto carregado, o corpo fica com carga líquida (oposta a
se elétrons entraram, ou do mesmo sinal se elétrons saíram).