Os segredos da eletricidade estática

Um dos ramos mais interessantes da Física é o eletromagnetismo. Desde emissões de rádio-difusão até aquele maldito laser verde que algum desgraçado aponta para os seus olhos, passando por pilhas, bússolas, chuveiros elétricos, células fotoelétricas etc. a interação da eletricidade e o magnetismo mudou muito da condução de experimentos científicos. Uma parte destes experimentos podem ser feitos até por crianças de 4 anos e não estou falando em deixá-las colocar o dedo na tomada. Estou falando no ato de atritar peças diversas e ver o aparecimento de cargas. O nome disso? Eletricidade estática.

Uma recente pesquisa promete esclarecer muitos pontos obscuros sobre a eletricidade estática. Enquanto antes achava-se que não havia uma grande transferência de uma grande quantidade de carga elétrica, a pesquisa publicada por cientistas da Northwestern University, em Illinois, EUA, mostra que não é bem assim.

Sabemos que  não são todas as substâncias que podem apresentar eletricidade estática por meio de atrito, onde a carga que aparece localiza-se na superfície. Mas, de acordo com um artigo publicado na revista Science, cargas podem ser transferidas de formas diferentes entre materiais idênticos, onde o ponto-chave seriam reações químicas, levando à geração de cargas positivas e negativas que se disporiam de forma diferente, fazendo aparecer polos.

A equipe conduzida pela equipe do dr. Bartosz Grzybowski observou a eletrização de contato entre duas folhas da mesma substância. Isso, de certa maneira, não deveria ocorrer, já que ambas as substâncias teriam potenciais de oxidação/redução iguais. No máximo, poderia haver caso a concentração e densidade dos corpos fossem diferentes ou houvesse diferença de aeração, mas não foi esse o caso. As duas folhas eram idênticas em tudo então, porque diabos apareceu a eletrização? Reações químicas estão descartadas. Pelo menos, em nível observável.

O processo de eletrização é conhecido desde os tempos de Tales de Mileto, um cientistas espertinho que ganhou muito dinheiro ao prever mudanças climáticas, sendo o pai da Meteorologia. Ele percebeu que atritando bastões de âmbar com lã fazia com que o bastão ficasse com a capacidade de atrair pequenos fiapos de tecido. Imagino as distintas senhoras da época vendo Tales descascand… atritando o bastão com lã e pensando que ele era um pervertido. Mas, nesse caso, eram duas substâncias diferentes.

A equipe do dr. Grzybowski intuiu, portanto, que a melhor explicação estaria na superfície do material, que em vez de ser uniforme seria um mosaico de regiões doadoras de elétrons e áreas receptoras. Como isto acarretaria numa desordem no arranjo em nível subatômico, seções da superfície teriam, então, maior concentração de elétrons do que outras seções.

Como em Ciência não basta ter intuições — e Tales achava que aquela baboseira de ficar olhando pra ontem, pensando na morte da bezerra era mais importante que meter a mão na massa  –, os vassalos colaboradores do dr. De-Nome-Esquisito realizaram uma eletrização por contato usando isoladores feitos com policarbonato entre outros polímeros, além de um semicondutor de silício e um condutor feito de alumínio. As superfícies carregadas foram então digitalizados em altíssima resolução usando Microscopia de força Kelvin, uma variante de microscopia de força atômica, que é capaz de ler a quantidade de carga em uma superfície, que só perde em complicação para a lista do supermercado que minha mulher prepara.

Os scans mostraram que as superfícies resultantes foram mosaicos, com áreas de cargas positivas e negativas da ordem de um micrômetro ou menos de largura. Todos os materiais testados por eles, mostraram o mesmo padrão de mosaico. A área de cada seção do mosaico foi estimada em 10 nm², sendo um nanômetro (1 nm) igual a 10–9m.

Efetuando uma espectroscopia detalhada de um dos polímeros, os pesquisadores descobriram que dentro do referido polímero aconteciam reações químicas que podiam interferir no aparecimento de cargas. Quando temos uma reação de oxirredução, há transferência de elétrons de uma substância (redutor) para outra (oxidante). É nisso que se baseiam as pilhas. Uma análise profunda mostrou que, de fato, algum material é transferido de uma superfície para outra. Usando pedaços separados de flúor e silício contendo polímeros permitiu aos autores observar que os sinais consistentes com a presença de flúor foram detectados na amostra de silício após o contato.

As dimensões analisadas podem parecer pequenos, mas devemos ter em mente a quantidade de elétrons que se movimentam — não só por contato, mas por atrito — por nm² acabam sendo grandes se levarmos em conta toda a área do material. Cargas tão volumosas que seriam capazes de iluminar Chicago com um único rotor de helicóptero.


Fonte: Ars Technica

5 comentários em “Os segredos da eletricidade estática

  1. O mesmo padrão de mosaico para todas as superfícies? Incrível. Penso que agora faz sentido que superfícies carregadas com estática tenham o estalo do “choque” mais forte de um lado do que de outro. É claro que estou tendo uma visão bem fantasiosa e infantil do caso, mas faz com que eu entenda a existêncian do tal mosaico.

    Vou tirar os casacos de lã do armário e fazer experiências.

  2. Quando se fala em eletricidade estática lembro do choque que levo quando encosto a mão na porta do carro. Especialmente no inverno.

    Não sabia que a eletricidade estática tinha os seus mistérios. Achava que era um ponto há muito tembo bem esclarecido, mas ao ler o artigo me enganei. Vivendo e aprendendo…

    1. @Nihil Lemos, É, Nihil… Nem só de F=k*(Q1)*(Q2)/(r^2) dependem os físicos. :mrgreen: Esses avanços são de grande importância até mesmo para o desenvolvimento de novas tecnologias de geração e transmissão elétrica.

    2. @Nihil Lemos, Eu também achava que o conhecimento sobre energia estática já estava bem esclarecido, até ver o pessoal da F1 tomando choque por causa do KERS :lol:

  3. Se pararmos para pensar um pouco, isso faz sentido.
    Quanto menor a condutividade de um material, maior a chance de se formarem “ilhas” com cargas diferentes -e quanto menos condutivo maior poderiam ser as “ilhas”-, mas esse mecanismo de formação de cargas e transferência de material deve ser interessante; se alguém tiver acesso à pesquisa, peço o favor de compartilhar, pois é meio difícil encontrar algo sobre ela, no momento.

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