Blindagem eletrostática

INTRODUÇÃO

Em museus de Ciências de algumas grandes cidades é possível vivenciar situações que podem parecer mágica aos menos avisados. O museu de Ciências de Boston, nos Estados Unidos, é um desses lugares. Em uma sala bastante grande, há uma enorme estrutura metálica, parecida com uma gaiola, e dentro dela há dois geradores de Van de Graaff* (ver nota). Dentro dessa gaiola, há uma menor, também de metal, onde uma pessoa fica à espera das descargas elétricas que emergem da cúpula do gerador. O mais notório disso tudo é que a pessoa dentro da gaiola menor não leva “choque” !!! Nesse texto, discutiremos a blindagem eletrostática e o dispositivo conhecido por Gaiola de Faraday.

CAMPO ELÉTRICO NO INTERIOR DE UM CONDUTOR

Quando um corpo condutor é eletrizado por algum processo, as cargas em excesso se distribuem em sua superfície. Podemos entender esse fato devido à repulsão entre os elétrons livres do condutor que tendem a se afastar uns dos outros até atingir a condição de repouso, quando então se diz que o condutor está em equilíbrio eletrostático. Nessa condição, o campo elétrico no interior do condutor é nulo.

 

Agora, vamos examinar o caso em que o condutor está neutro, mas próximo de uma carga elétrica externa. Veremos que o campo elétrico dessa carga se manifesta em todos os pontos do espaço em sua volta, exceto naqueles que estão dentro do condutor pois o interior de um condutor é um lugar onde o campo elétrico de um agente externo não consegue entrar. É a esse efeito que chamamos blindagem eletrostática.

GAIOLAS DE FARADAY 

Benjamin Franklin e, depois Michael Faraday foram os primeiros cientistas a estudarem a blindagem eletrostática. Em particular, Faraday realizou uma célebre experiência. Ele construiu uma grande caixa, revestida de metal e apoiada sobre isolantes, e a eletrizou com o auxílio de um potente gerador eletrostático até que grandes faíscas saltaram de suas paredes externas, Nessas condições, Faraday entrou na caixa e realizou uma série de experimentos, não encontrando o menor vestígio da influência do campo elétrico gerado pelas cargas das paredes externas da caixa. Por isso, atualmente, os invólucros metálicos usados para produzir blindagem eletrostática são popularmente conhecidos como gaiolas de Faraday. Desde então, quando é necessário manter um aparelho ou equipamento elétrico ou eletrônico a salvo das interferências externas, envolve-se o aparelho ou equipamento com uma “capa” metálica.

ENTENDENDO POR QUE O CAMPO ELÉTRICO NÃO PENETRA NO INTERIOR DO CONDUTOR

Agora, vamos entender por que o campo elétrico de uma carga externa não penetra no interior de um condutor. Para isso, vamos considerar que a carga externa é uma placa 

eletrizada positivamente, de modo que o campo elétrico da placa seja uniforme. As linhas de força, paralelas entre si, saem da placa e vão para o infinito. Então, imagine que uma esfera condutora seja imersa nessas linhas como mostra a figura acima. Note que uma carga negativa é induzida no lado esquerdo da esfera, enquanto uma carga positiva é induzida no outro lado. Como a esfera encontra-se em equilíbrio eletrostático (e a separação das cargas ocorre quase instantaneamente após a sua introdução no campo elétrico da placa), não há mais movimento ordenado de elétrons livres em seu interior. Concluímos, portanto, que o campo elétrico em seu interior vale zero. Observe que as linhas de força são perpendiculares à superfície da esfera. Assim, não há componente tangencial de campo, e a carga induzida permanece estacionária.

É devido à blindagem eletrostática que, por exemplo, aparelhos de rádio, videocassetes, reprodutores de DVD, CD players etc. são montados em gabinetes metálicos, ao serem fabricados. Por igual motivo, fios elétricos e cabos coaxiais usados na transmissão de sinais de TV e telefonia são envolvidos por uma tela metálica.

EXERCITANDO A LEITURA

Já que você concluiu essa leitura no blog, então já é capaz de responder: se você estiver dentro de um automóvel em um momento de tempestade, viajando por uma estrada cortando uma superfície plana, e um raio incidir sobre o automóvel, qual é a melhor conduta a tomar?

FONTES

PENTEADO,             Paulo Cesar M. TORRES, Carlos Magno A. Física: Ciência e Tecnologia. 1. ed. São Paulo: Moderna, 2005

SANT’ANA, Blaidi et al. Conexões com a Física. 1. ed. São Paulo: Moderna, 2010

MACHADO, Luiz. CANTO, Luiz Ribeiro. Física. Coleção Estudo 6V. Belo Horizonte: Editora Bernoulli, 2014

Notas

*O Gerador de Van de Graaff é um dispositivo responsável pela geração de descargas elétricas. Seu nome refere-se ao físico Robert Van de Graaff que o construiu