Se bem que a eletricidade estática não desperte em nossos dias um interesse muito grande pelos professores, principalmente do ensino fundamental, não pode ser deixada de lado sua importância para a eletrônica moderna. Muitos dispositivos funcionam baseados em princípios da eletricidade estática. Assim, para os que se interessarem damos a seguir uma seleção de experimentos que fazem parte de diversos artigos de nosso site e também de um livro de que tratamos a seguir.
As experiências descritas neste livro são indicadas aos professores e alunos do ensino fundamental e médio para dar um primeiro contato com os fenômenos elétricos mais simples. Elas fazem parte do livro “Experiências e Passatempos com Eletricidade”, o meu primeiro livro de eletricidade de uma edição muito antiga que disponibilizo para download no site.
Produção da eletricidade estática — Nossa primeira experiência servirá para ensinar-nos o que é a eletricidade estática: Tome-se um bastão de vidro e esfregue-se rápida e energicamente com pedaço de flanela ou de seda. Aproxime-se a ponta livre do bastão a uns pedacinhos de papel e ver-se-á como estes se elevam até aderir ao bastão, tal como se vê na fig. 1.
Material:
Bastão de vidro ou de lacre
Pedacinhos de papel
Esta atração dos pedacinhos de papel se produz porque o bastão de vidro eletrizou-se devido ao atrito a que foi submetido.
Como a carga elétrica existente no bastão só se manifesta ao ser este aproximado a outro corpo, recebe o nome de eletricidade estática ou em repouso, ou também eletricidade por atrito, já que por este meio foi produzida.
A eletricidade estática é gerada também pelo atrito de uma barra de lacre com lã ou algodão, bem secos. É condição essencial para o êxito das experiências com eletricidade estática, que tanto os objetos utilizados como o ambiente em que se trabalha estejam perfeitamente secos.
O gato eletrizado — Uma maneira interessante e fácil de gerar eletricidade estática é a de esfregar o lombo de um gato, como se mostra na figura 2.
Ao fazer isto, num lugar claro ou iluminado, notaremos que os pelos do lombo do gato se repelem individualmente, ouvindo leves estalidos. Mas, levando a cabo a experiência na obscuridade, observaremos pequenas chispas, que são as produtoras dos estalidos.
Nota: o leitor pode fazer esta experiência atritando sua blusa de lã ou um cobertor num dia seco de inverno. Esfregue uma régua de plástico no escuro.
Ao pentear o próprio cabelo também podemos gerar eletricidade estática, especialmente se utilizarmos um pente de composição dura (osso não) e se o cabelo for comprido.
Um brinquedo interessante — Este brinquedo elétrico divertirá não só as crianças, como também os adultos. Eis a maneira de construção: Faça primeiramente uma bandeja de papelão de 20 cm de largura, 30 cm de comprimento e 2,5 cm de profundidade; o papelão deve ter 1 mm de espessura. Cole bem, e deixe secar, e depois aplique várias camadas de verniz, por dentro e por fora.
Recortem várias figuras de papel representando homens, mulheres ou animais, de altura não superior a 1,5 cm, e coloquem na bandeja. Depois, feche a bandeja com uma folha de vidro — como se mostra na figura 3 —, a qual terá o aspecto de uma caixa com tampa de vidro, cujas bordas são coladas à bandeja com tiras de papel gomado.
Faça uma almofadinha de seda, impregnando-a com amálgama de estanho e mercúrio (*). Esfregue com força a superfície do vidro com esta almofadinha e verá que as figuras de papel fazem toda classe de piruetas, ficando, às vezes, de cabeça para baixo.
(*) O mercúrio é extremamente tóxico devendo ser evitado. Na época não havia esta precaução. Em seu lugar use folhas de plástico comum que aduirem cargas estáticas com extrema facilidade.
Papéis eletrizados — Pegue uma folha de papel jornal perfeitamente seca e corte uma tira de 30 cm de comprimento por 8 de largura. Ponha sobre a mesa e segure uma das pontas, esfregando energicamente o papel com as unhas da outra mão, como se vê na fig. 4.
Ao tentar levantar a tira da mesa, notaremos que o papel está aderido, o que indica que entre as duas — a mesa e a tira de papel — existe atração. Isto acontece pelo fato do papel receber uma carga positiva quando é esfregado, e a mesa adquirir uma carga negativa em consequência do fenômeno chamado indução, pelo qual, sempre que haja uma carga positiva, deve existir em suas proximidades uma carga igual de sinal contrário, ou seja, negativa. (*)
(*) No nosso Curso Básico de Eletrônica (livro) explicamos os processos de eletrização, assim como em artigos de nosso site.
A aranha elétrica — Pegue um pedaço de papel bem seco, de mais ou menos 5 cm de largura por 10 de comprimento e corte em tiras, partindo de uma das extremidades até chegar a uma distância de 1 cm aproximadamente do outro lado, para que fique como se vê na figura 5. Coloque o papel assim preparado, bem plano sobre uma folha de vidro — que também deve estar perfeitamente seca — e esfregue-se com um pedaço de flanela (ver a figura 5)
Se não levantar o papel, a "aranha" permanecerá em repouso, como adormecida, mas se levantar rapidamente, ela despertará e agitará as patas, que procurarão envolver-se ao redor da mão, tal como se vê em B da fig. 5.
(*) este fenômeno é notado quando tiramos uma embalagem de plástico de um objeto e a folha de plástico contorce-se e “gruda” na pele, pela eletrização adquirida.
Atração e repulsão elétrica — As cargas elétricas de sinais iguais se repelem; as de sinais diferentes se atraem. Quer dizer que, se tivermos dois pedaços de papel ou de outro corpo qualquer eletrizados, ambos positiva ou negativamente, e os juntarmos, repelir-se-ão; mas se um deles tiver carga positiva e a outra negativa, experimentarão o fenômeno de atração. Comprova-se isto facilmente, eletrizando duas tiras de papel, como se fez na experiência anterior, e suspendendo-as por uma das pontas, como se mostra na figura 6.
As tiras repelirão porque suas cargas elétricas são do mesmo sinal (+, positivo); mas se puser a mão entre os dois papéis, verá que estes aderem a ela por ser sua carga negativa (—).
Parte 2
Como continuação da parte anterior, do livro Experiências e Passatempos com Eletricidade, disponível no site para download, ensinamos a construir um eletroscópio e descrevemos mais algumas experiências com eletricidade estática, ideais para introdução da matéria no ensino fundamental e médio.
Como construir um eletroscópio — O eletroscópio é um aparelho que serve para demonstrar se um corpo está ou não eletrizado e indicar, ao mesmo tempo, o sinal da carga existente. Para construí-lo, necessita-se de um frasco de vidro de boca largas com sua rolha correspondente; dobre um pedaço de arame na forma que mostra a figura 7, arredondando-se as duas pontas com a lima.
(*) Para os leitores avançados temos artigos em nosso site que ensinam a montar eletroscópios eletrônicos.
Introduza a extremidade reta do arame na rolha, colocando-se uma tirinha de papel de seda ou de ouro, de 6 mm de largura por 2,5 cm de comprimento, na extremidade dobrada, tal como mostra claramente a figura.
Nota: o arame pode ser de cobre e as tiras podem ser papel alumínio bem fino. O ouro recomendado por ser o mais maleável de todos os metais, proporcionando assim maior flexibilidade das lâminas.
Coloque a rolha no vidro e ficará terminado o aparelho, cuja sensibilidade será maior se a folha empregada tiver sido de ouro em lugar de papel de seda.
EXPERIÊNCIAS COM O ELETROSCÓPIO
Veremos em seguida algumas das muitas experiências que se podem realizar com um eletroscópio de folhas de ouro:
1 — Segure um torrão de açúcar sobre o eletroscópio e corte pela metade com uma serrinha; ao cair o pó de açúcar na ponta do arame, as folhas de ouro divergem.
2 — Pegue um arco de violino e passe resina; ao tocar com ele o eletroscópio, as folhas repelir-se-ão.
3 — Quebre uma barra de lacre e mantenha uma das pontas por onde foi quebrada, próxima ao arame do eletroscópio, o qual demonstrará que se gerou eletricidade.
4— Eletrize o eletroscópio de maneira que as folhas fiquem separadas. Em seguida eletrize uma barra de lacre, aproximando-a do eletroscópio. As folhas se juntarão. Deve-se a isto que a carga negativa neutraliza a carga positiva.
5 — Os cristais de várias substâncias, tais como ácido bórico, tartárico, etc., geram eletricidade ao serem aquecidos, fato este que se pode comprovar com o eletroscópio.
Nota: muitas experiências indicam materiais que hoje não são comuns como, por exemplo, a barra de lacre. Use uma barra de vidro ou plástico em seu lugar. Para as que envolvem substâncias químicas consulte um professor para fazer no laboratório de química da escola.
6 — Coloque um banquinho — ao qual se haja aplicado várias mãos de goma-laca — sobre pedaços de lacre ou de outro material que o isole do solo. Se uma pessoa subir no banquinho e tocar o eletroscópio com a mão, como se mostra na figura 2, as folhas do aparelho não se moverão; mas se se bater na roupa da pessoa que está sobre o banquinho com um lenço de seda — bem seco — observaremos que as folhas se separam.
Nota: um banquinho de plástico, que é bom isolante, ou apoiado num piso isolante não exige que se passe goma-laca como revestimento e a experiência pode ser realizada com mais facilidade. Até mesmo se a pessoa estiver de tênis (que tem sola isolante), o banquinho pode ser eliminado.
Construção e uso de um eletróforo — Para gerar uma quantidade de eletricidade estática muito maior que a que se obtém atritando um bastão de vidro ou de lacre, ou o lombo de um gato, ou um pedaço de papel, Alexandre Volta (1745-1827) idealizou um aparelho — o eletróforo —, que poderemos construir facilmente seguindo as seguintes instruções:
Peguem duas bandejas de lata e encha uma delas com uma mistura constituída de partes iguais de resina marrom e laca, previamente derretida ao fogo. Enquanto esta mistura esfria e solidifica, tome-se uma barra de lacre e pegue-se no centro da outra bandeja, ficando esta barra fazendo as vezes de cabo. Denominaremos base à bandeja que contém a mistura e tampa à que tem o cabo (Veja-se A e B da figura 3).
Para gerar eletricidade, pegue um pedaço de flanela de uns 30 centímetros de lado e a aqueça previamente, esfregue a mistura da primeira bandeja e conseguiremos obter nela uma carga negativa.
Coloque agora a tampa sobre a base, tendo-se cuidado para que as bandejas não entrem em contato. Como a parte superior da base está carregada com eletricidade negativa, haverá também por indução, a mesma quantidade de eletricidade positiva na tampa.
Se ocasionalmente se produzir contato entre elas, a tampa tomará também urna carga negativa da base. Antes de poder usar a carga positiva da tampa, temos de nos desfazer da negativa, e isto se consegue simplesmente tocando a bandeja com os dedos — como se vê em C da fig. 3 — antes de levantá-la, com o que a eletricidade negativa descarregará na terra usando nosso corpo como ponte, retendo então na tampa, sua carga positiva.
Nota: mais uma vez no original temos o uso de substâncias pouco comuns em nossos dias. A mistura pode ser substituída por parafina, pois basta que seja isolante e tenha boa constante dielétrica. O cabo pode ser de plástico ou outro material isolante.
Feito isto, só restará levantar a tampa. Usando a barra de lacre como cabo com uma mão, e aproximando os nós dos dedos da outra a uns poucos milímetros da extremidade da bandeja — como se vê em D, fig. 9 — obterá uma chispa suficientemente grande para ser visível recebendo, além disso, uma descarga elétrica que não passará despercebida. Coloque novamente a tampa e elimine a carga negativa tocando a bandeja com os dedos; levante de novo a tampa e aproxime os nós dos dedos à bandeja, e com isto verá outra chispa e receberá nova descarga.
A experiência pode ser repetida várias vezes sem que seja necessário eletrizar a resina com a flanela. Se desejar obter chispas e descargas mais poderosas, deve-se utilizar uma garrafa de Leyden, cuja construção é explicada nas linhas seguintes.
Nota: A garrafa de Leyden nada mais é do que um capacitor de alta tensão.
Parte 3
Nesta terceira parte damos mais alguns experimentos didáticos para realização por estudantes e professores envolvendo eletricidade estática. Desta vez vamos ensinar a construir um capacitor elementar (Garrafa de Leyden) e realizar alguns experimentos interessantes.
Os experimentos descritos envolvem dispositivos que ensinamos montar nos artigos anteriores.
Como construir uma garrafa de Leyden — Pode--se construir facilmente uma garrafa de Leyden, bastando somente colar uma folha de papel de estanho ou de chumbo por dentro e por fora de um vaso de vidro, tal como se ilustra em A da fig. 1. Deve-se começar por secar bem o vaso e aplicar-lhe — por dentro e por fora — umas mãos de laca, deixando-o secar. Corte dois pedaços de papel de chumbo e aplique uma nova mão de laca na parte interior do vaso, colocando o papel de chumbo antes que esta seque a fim de que fique bem pegado e sem rugas. Emprega-se o mesmo processo para pegar o papel do lado exterior. No fundo do vaso — tanto na parte interior como na exterior — se deve colocar outros dois pedaços de papel de chumbo, pelo mesmo processo que se empregou anteriormente.
Devemos agora procurar um disco de madeira que sirva de tampa para o vaso; no centro desse disco se faz um orifício de 2 ou 3 milímetros de diâmetro, por onde passará um bastão de bronze de uns 6 cm de comprimento e ao qual se terá soldado um pedaço de corrente do mesmo material e de igual comprimento. Coloque o disco de madeira da forma indicada na figura, e estará completa a construção desta simples garrafa de Leyden.
Se desejar fazer uma verdadeira garrafa de Leyden, deve usar uma garrafa suficientemente grande e com a boca bem larga, para que se possa introduzir a mão e pegar o papel de chumbo da mesma maneira que no vaso anterior. É um pouco mais difícil a construção de uma verdadeira garrafa de Leyden, mas com ela obteremos maior capacidade e mais fácil manejo.
Nota: novamente podemos fazer o mesmo projeto substituindo materiais originais pouco comuns por outros que são comuns. Assim, o arame de bronze pode ser um fio de cobre. A corrente de bronze pode ser qualquer correntinha de metal ou mesmo um pedaço de fio flexível que encoste na folha de metal ou lâmina interna. As lâminas, interna e externa podem ser folhas de alumínio comuns.
Carga da garrafa de Leyden — A carga de uma garrafa de Leyden pode ser feita facilmente por meio do eletróforo, ou melhor ainda, com uma máquina produtora de eletricidade estática.
Para carregá-la com um eletróforo, toma-se a mesma com a mão esquerda — o que equivale a ligá-la à terra — e coloque logo a tampa carregada em contato com o bastão, que está ligado com o papel de chumbo (*) do interior do vaso, como se vê na figura 2. Com uma máquina produtora de eletricidade estática bastará colocar a garrafa sobre uma mesa e ligar o + ou condutor positivo da máquina com o bastão que faz contato no interior da garrafa.
(*) O chumbo é tóxico devendo ser evitado seu uso nos experimentos. Em seu lugar pode ser usado o papel alumínio que além de ser comum atualmente, não oferece perigo a saúde no manuseio.
Descarga da garrafa de Leyden — Para esta operação necessita-se de um aparelho muito simples e de fácil construção, chamado excitador. Consiste de um pedaço de arame grosso de bronze (*), dobrado na forma indicada em A da fig. 3 e de um cabo, como se vê em B.
(*) O arame pode ser cobre ou qualquer outro metal condutor.
Para descarregar a garrafa, coloque esta sobre a mesa e toque com uma extremidade do descarregador no papel de chumbo que reveste sua parte exterior e aproxime-se a outra extremidade ao bastão que sobressai da tampa, como se vê em C. Instantaneamente produziremos uma chispa e ouviremos um estalido, ou seja, um relâmpago e um trovão em pequena escala.
EXPERIÊNCIAS COM A GARRAFA DE LEYDEN
1 — Pode-se demonstrar a carga e a descarga da garrafa de Leyden de uma maneira singular, se o interior e o exterior do frasco forem recobertos com papel de chumbo cortado em pedacinhos de diferentes formas e tamanhos e de maneira que fiquem pequenos espaços entre eles. Quando se liga a garrafa com o positivo da máquina estática, para carregá-la, e durante os momentos da descarga, notará no interior da garrafa um sem número de chispas elétricas.
2 — Mantenha uma vela acesa durante alguns segundos; apague essa vela e aproxime o pavio à garrafa de Leyden, entre o bastão e o excitador, com o qual se provocará unia faísca, que acenderá novamente a vela. Ocorre isto porque ao redor do pavio há uma coluna de gás que se desprende do mesmo e que se inflama facilmente.
Nota: para se obter êxito nesta experiência é preciso que seja produzida uma boa faísca, o que não é simples, principalmente nos locais de clima mais úmido. No site, o leitor encontrará projetos de geradores eletrostáticos e a bobina de Tesla que produzem descargas muito mais potentes.
3 — Pegue um pedaço de madeira dura, ou melhor ainda, de marfim e faça um orifício de 1 cm de diâmetro por 2,5 cm de profundidade; frese a boca do orifício de maneira que possa alojar comodamente uma bolinha de madeira ou marfim como se vê na fig. 4. Atravessando esse orifício faça outro menor — 2 mm de diâmetro — de lado a lado do bloco. Introduza dois pedaços de arame, um de cada lado deste orifício, de maneira que formem um salta-chispas cintilador no interior do bloco, isto é, que as pontas fiquem tão juntas quanto possível, sem chegar a tocar-se. Ao dar-se o contato da garrafa de Leyden com os arames, saltará uma faísca dentro da cavidade praticada no bloco, o que determinará a expansão do ar que se encontra nela, obrigando a bolinha a saltar. A expansão do ar neste caso dá uma ideia de como uma faísca ou descarga elétrica entre duas nuvens pode produzir o ruído que chamamos de trovão.
Raio em miniatura — Construa um pequeno modelo de casa, barco, torre ou árvore e corte o mesmo, transversalmente, a um terço de sua altura, como se indica na fig. 5. Introduza um arame que atravesse cada parte, de maneira que ao juntarem--se as mesmas, o arame da parte superior fique em contato com o da parte inferior. Compreenderá melhor observando a linha que passa pelo centro da figura.
Carregue agora a garrafa de Leyden e ligue um dos arames ao papel de chumbo que envolve a parte exterior do frasco, e o bastão que sobressai pela parte superior, com um alongamento suficiente para alcançar o arame que sai do modelo. Coloque um pedaço de algodão na ponta do arame, para simular uma nuvem. Ao produzir a descarga, a casa, o barco, a torre ou a árvore cairá, sendo esta uma magnífica imitação do desastre causado pelo raio.
Para a realização das experiências que mencionaremos em continuação é necessário, antes de tudo, dispor de uma corrente elétrica. Pode-se obtê-la de uma pilha, de um dínamo ou da rede de iluminação da casa. Ocuparemos, primeiramente, da construção de uma pequena pilha elétrica, pois os materiais necessários são de fácil aquisição. Uma pilha consiste em um vaso com um só elemento, e uma bateria compõe-se de várias pilhas ligadas entre si, ou seja, uma depois da outra. Quanto maior seja o número de pilhas ligadas, tanto maior será a corrente fornecida pela bateria.
Nota: observe o conceito de pilha e bateria. Pilhas são a células que ligadas em conjunto formam uma bateria.
