Condutores em Equilíbrio Eletrostático
Um condutor, maciço ou oco, afasta as cargas elétricas que recebe com toda força que possui. Como as cargas têm o mesmo sinal, elas se distribuem e se movimentam sobre a superfície do condutor elétrico.
O equilíbrio eletrostático acontece quando não existe movimento ordenado na distribuição de cargas elétricas na superfície ou no interior do condutor. Sem correntes elétricas os elétrons livres passam a se mover caoticamente.
Como acontece o equilíbrio eletrostático
Quando um condutor neutro recebe uma carga negativa, isto é, de elétrons, a princípio acontecerá uma organização de pequenas correntes elétricas. Isso ocorre porque durante um período de tempo muito curto, menor do que 1 segundo, os elétrons irão se repelir. Em seguida o condutor atingirá o equilíbrio eletrostático e os elétrons em excesso passam a estar na superfície do condutor.
A distribuição da carga é diferente de acordo com o formato do condutor. Quando ele possui uma forma esférica, os elétrons se situam de maneira uniforme ao longo de toda a superfície. Mas quando possui outro formato, eles tendem a se concentrar em áreas pontiagudas do condutor. Quanto maior a ponta de uma região, maior a concentração dos elétrons nesse lugar.
Se o condutor recebeu uma carga positiva de energia, ele perderá uma quantidade de elétrons. O excesso de carga positiva se arranjará durante um curto espaço de tempo, até que os elétrons livres atinjam o equilíbrio eletrostático. O excesso da carga positiva se distribuirá pela superfície do condutor da mesma maneira, isto é, com uniformidade em formatos esféricos e concentrando-se em regiões pontiagudas de outros formatos.
Tudo isso acontece quando o condutor está longe de qualquer outro. Se dois condutores são aproximados, pode haver um deslocamento das cargas de um para o outro. Também é importante mencionar que o condutor precisa necessariamente ter um campo elétrico nulo para que aconteça o equilíbrio eletrostático. Do contrário haveria correntes no seu interior que impediriam o equilíbrio.
No caso do condutor oco o fenômeno é o mesmo. Devido à nulidade do campo elétrico no interior do condutor, um corpo posicionado dentro de sua parte oca não receberá os efeitos elétricos vindo do exterior. Isso acontece graças à blindagem eletrostática do condutor oco que acaba protegendo o corpo.
Esse fenômeno foi descrito pela primeira vez pelo físico inglês Michael Faradey (1791 – 1867). Ele construiu uma gaiola com tela metálica feita sobre bases de isolantes. Ele então entrou na estrutura metálica para que seus ajudantes a eletrizassem.
Concluiu, através desse e de outros experimentos, que não é possível ser afetado pelas cargas elétricas no interior do condutor oco. Esse fenômeno acontece com automóveis que, ao receberem uma descarga de energia, isolam os passageiros devido aos isolantes nas suas bases (os pneus de borracha).
Já a superfície do condutor pode ter um campo elétrico não nulo. Nesse caso, ele só necessita ser perpendicular à própria superfície. A eletrização causa movimentos diferentes de acordo com as cargas. A eletrização positiva ocasiona um afastamento das cargas no condutor e a negativa causa uma aproximação.
A intensidade do campo elétrico próximo à superfície depende da densidade das cargas de energia. Mais densidade gera mais intensidade no campo. Por isso acontece a alta concentração de carga nas pontas, fenômeno conhecido como “poder das pontas”. Veja agora uma aplicação desse fenômeno no cotidiano.
O para-raios
O poder das pontas dos condutores pode ser visto nos condutores mais comuns em cidades. A ocorrência é a base de funcionamento dos para-raios. Como os raios são descargas elétricas que acontecem na atmosfera, os para-raios são colocados nos topos de edifícios, torres e casas para absorver a energia e proteger as pessoas que estão abaixo dessas estruturas.
Trata-se de uma haste metálica com pontas na extremidade superior para receber a energia emitida pelos raios e mandá-la para a Terra. Isso é feito através de um fio metálico com suportes isolantes que liga o para-raios ao solo. Dessa forma a energia da descarga elétrica jamais irá para o edifício.
Os raios podem acontecer entre nuvens ou entre nuvens e a Terra. Normalmente são cargas negativas que as nuvens liberam para o solo do planeta, e que acontecem devido à oposição de energias existentes nelas. Quando há uma nuvem com carga positiva em cima de uma com cargas negativas há então uma descarga elétrica.
As cargas negativas que estão na parte inferior das nuvens criam um campo elétrico devido à indução de cargas positivas que provocam no solo. A descarga acontece porque a alta intensidade do campo elétrico entre a nuvem e a Terra produz a ionização das moléculas do ar. A energia irá procurar corpos condutores com pontas, como é o caso de edifícios, construções, árvores e até pessoas. Por causa disso é recomendado que, quando houver relâmpagos e raios, a pessoa se proteja em ambientes com uma condução de energia acima das. Jamais uma árvore deve servir de abrigo.