Condutor em equilíbrio eletrostático - Blindagem eletrostática

 

 Um condutor extenso eletrizado encontra-se em equilíbrio eletrostático quando, em sua superfície ou em seu interior, não existe movimento ordenado de cargas elétricas.

Quando ele recebeu esse excesso de cargas elétricas e como elas se repelem e se movem no condutor, a tendência é ficarem o mais longe possível, ou seja, na superfície externa.

 No interior do condutor, onde não existem cargas em excesso, o campo elétrico deve ser nulo  e o potencial elétrico  V constante, caso contrário haveria movimento ordenado de elétrons.

Na superfície, o campo elétrico  não é nulo e é normal à superfície (de afastamento para cargas positivas e de aproximação para negativas) e o potencial elétrico V é constante, pois as cargas elétricas em excesso não se movem.

* Em todo condutor em equilíbrio eletrostático, oco ou maciço, a densidade, ou seja, a concentração de cargas elétricas é maior nas regiões mais pontiagudas. Por isso, nessas regiões a intensidade do campo elétrico  maior e, se o condutor estiver eletrizado com cargas negativas é  até possível que possa ocorrer emissões de elétrons em suas pontas.

* Pára-raios - se o campo elétrico que está próximo das pontas de certo condutor estiver muito intenso, ele pode ionizar os átomos dos elementos que formam o ar, que passa a não ser mais um isolante, tornando-se assim um condutor elétrico, e o condutor se

descarrega através das pontas. Esse fenômeno é chamado poder das pontas e é baseado nele o funcionamento dos pára-raios.

 Blindagem eletrostática – Se, no interior de um condutor oco em equilíbrio eletrostático o campo elétrico é nulo, qualquer aparelho elétrico e eletrônico, quando colocado em seu interior ficará protegido de influências perturbadoras externas.

Esse fenômeno foi comprovado experimentalmente por Michael Faraday ao encerrar-se no interior de uma gaiola condutora, ondeverificou não haver manifestação de fenômenos elétricos no seu interior. Essa gaiola deve ser feita de material condutor de eletricidade e não precisa ser contínua, podendo ser uma rede metálica, por isso recebeu o nome de gaiola.


Foi adaptada para proteger instrumentos e aparelhos de grande sensibilidade colocados em seu interior. Observe na figura abaixo que a esfera do pêndulo eletrostático quando está no interior da gaiola, não sofre influências elétricas da esfera externa eletrizada..

A blindagem eletrostática (gaiola de Faraday) também é utilizada nos carros e aviões, oferecendo proteção contra descargas

     

 elétricas. Construções também são feitas utilizando blindagem eletrostática, a fim de proteger seus equipamentos elétricos e eletrônicos.

* Se o condutor eletrizado for esférico, as cargas se distribuem uniformemente pela sua superfície e, devido à simetria toda essa carga elétrica em excesso se comporta como se estivesse no centro geométrico da esfera.

* Se uma gaiola de Faraday fosse constituída  por uma malha metálica, onde os “buracos” tivessem dimensões menores de 15 cm, não haveria a penetração de campos elétricos em seu interior, tornando-a blindada a ondas eletromagnéticas na faixa da telefonia móvel (da ordem de 1.800MHz). No entanto, isso não é feito pelo alto custo, preferindo-se a utilização da interferência, emitindo-se ondas nessa faixa de freqüência com intensidade muito maior.

 

* Campo e potencial elétrico de um condutor esférico:

* Equilíbrio eletrostático entre dois condutores – Sejam dois condutores esféricos A e B, de raios RA e RB respectivamente, com cargas elétricas QA e QB e potenciais elétricos diferentes VA e VB(fig. I). Unindo-os por um fio condutor ou encostando-os haverá passagem de cargas elétricas entre eles até que seja atingido o equilíbrio eletrostático quando atingem o mesmo potencial

V.  Sejam Q’A e Q’B as novas cargas após o contato. Têm-se duas condições  ---  A soma algébrica das cargas antes do contato é a mesma que a soma algébrica das cargas depois do contato  ---  QA + QB=Q’A + Q’B  ---  os potenciais são os mesmos após o contato  --- V=KQ’A/RA  ---  V=KQ’B/RB  ---  KQ’A/RA = KQ’B/RB  ---  Q’A/Q’B=RA/RB  ---  observe que, se RA=RB  --- 

Q’A=Q’B=(QA + QB)/2.

O que você deve saber

 

 No interior de um condutor em equilíbrio eletrostático, onde não existem cargas em excesso, o campo elétrico deve ser nulo  e o potencial elétrico  V constante, caso contrário haveria movimento ordenado de elétrons.

* Em todo condutor em equilíbrio eletrostático, oco ou maciço, a densidade, ou seja, a concentração de cargas elétricas é maior

 nas regiões mais pontiagudas. Por isso, nessas regiões a intensidade do campo elétrico  maior.

 Poder das pontas - se o campo elétrico que está próximo das pontas de certo condutor estiver muito intenso, ele pode ionizar os átomos dos elementos que formam o ar, que passa a não ser mais um isolante, tornando-se assim um condutor elétrico, e o

condutor se descarrega através das pontas. Esse fenômeno é chamado poder das pontas e é baseado nele o funcionamento dos pára-raios.

 Blindagem eletrostática – Como, no interior de um condutor oco em equilíbrio eletrostático o campo elétrico é nulo, qualquer aparelho elétrico e eletrônico, quando colocado em seu interior ficará protegido de influências perturbadoras externas.

 Se uma gaiola de Faraday fosse constituída  por uma malha metálica, onde os “buracos” tivessem dimensões menores de 15 cm, não haveria a penetração de campos elétricos em seu interior, tornando-a blindada a ondas eletromagnéticas na faixa da telefonia móvel (da ordem de 1.800MHz). No entanto, isso não é feito pelo alto custo, preferindo-se a utilização da interferência, emitindo-se ondas nessa faixa de freqüência com intensidade muito maior.

 Campo e potencial elétrico de um condutor esférico:

 Equilíbrio eletrostático entre dois condutores – Sejam dois condutores esféricos A e B, de raios RA e RB respectivamente, com cargas elétricas QA e QB e potenciais elétricos diferentes VA e VB(fig. I). Unindo-os por um fio condutor ou encostando-os haverá passagem de cargas elétricas entre eles até que seja atingido o equilíbrio eletrostático quando atingem o mesmo potencial V.

Sejam Q’A e Q’B as novas cargas após o contato. Têm-se duas condições  ---  A soma algébrica das cargas antes do contato é a mesma que a soma algébrica das cargas depois do contato  ---  QA + QB=Q’A + Q’B  ---  os potenciais são os mesmos após o contato  --- V=KQ’A/RA  ---  V=KQ’B/RB  ---  KQ’A/RA = KQ’B/RB  ---  Q’A/Q’B=RA/RB  ---  observe que, se RA=RB  --- 

Q’A=Q’B=(QA + QB)/2.

 Densidade elétrica superficial – Você já sabe que em corpos condutores eletrizados a carga elétrica em excesso, que se repelem, localiza-se o mais longe possível, ou seja, na superfície. Assim, quanto maior a carga elétrica, maior sua concentração superficial.

A densidade elétrica superficial (σ) mede a concentração de carga elétrica (Q) pela superfície (área S)  ---  σ=Q/S  ---  no caso de esfera de raio R, a área da superfície esférica é fornecida por S=4πR2.

 

 

 

Exercícios