Por que materiais isolantes podem manter cargas elétricas localizadas enquanto condutores distribuem cargas por toda a superficie?
Passo 1
O enunciado pergunta por que, em um material isolante, cargas elétricas podem permanecer “congeladas” num ponto, ao passo que num condutor essas mesmas cargas se espalham por toda a superfície. O conteúdo envolve a mobilidade dos portadores de carga, o campo elétrico no interior do material e como as cargas reagem à repulsão mútua.
Passo 2
Num condutor metálico, há elétrons de valência que não estão presos a átomos específicos e se movem livremente pelo volume do material. Quando injetamos carga elétrica em um condutor, essas cargas livres se repelem mutuamente (pela lei de Coulomb) e deslocam-se até encontrarem o equilíbrio em que o campo elétrico interno seja zero. Nesse estado de equilíbrio eletrostático, toda carga líquida reside sobre a superfície externa do condutor, pois assim minimiza a energia pelo afastamento máximo entre cargas.
Passo 3
Num isolante (ou dielétrico), os elétrons estão fortemente ligados aos seus átomos ou moléculas e não podem viajar longas distâncias. Se quisermos depositar carga num ponto de um isolante, essas cargas ficam “presas” localmente, porque não há portadores livres suficientes para redistribuí-las. O material pode polarizar-se localmente, mas não há fluxo de elétrons que leve a carga até a borda do objeto.
Passo 4
Em resumo, a diferença fundamental é a mobilidade dos portadores de carga:
No condutor, elétrons livres redistribuem-se rapidamente, anulam o campo interno e migram para a superfície.
No isolante, os elétrons são ligados a átomos, não se deslocam pelo corpo, e a carga permanece no ponto onde foi aplicada.
Resposta
Materiais condutores têm elétrons livres que se movem para zerar o campo interno, distribuindo a carga na superfície. Materiais isolantes possuem elétrons fortemente ligados, sem mobilidade para redistribuir a carga, de modo que ela fica localizada onde foi depositada.