Considere três esferas metálicas idênticas, A, B e C, inicialmente neutras e isoladas do solo. Primeiro, a esfera A é atritada com um bastão de vidro, resultando em uma carga positiva para A. Em seguida, a esfera A é colocada em contato com a esfera B e, após um tempo, são separadas. Por fim, a esfera C é aproximada da esfera B sem tocá-la e, enquanto B permanece próxima, a esfera C é momentaneamente aterrada. Após todas essas etapas, descreva o estado de carga elétrica de cada esfera (A, B e C) e justifique detalhadamente os princípios físicos envolvidos em cada processo de eletrização na eletricidade.

Resumo da Resposta
No estado final, as esferas A e B permanecem com carga elétrica positiva, enquanto a esfera C adquire carga elétrica negativa. Isso ocorre devido à sequência de eletrização por atrito, contato e indução eletrostática, respeitando a conservação da carga e o movimento de elétrons livres.

Introdução

O problema propõe analisar a evolução da carga elétrica em um sistema de três condutores idênticos submetidos a três processos distintos de eletrização. Para determinar o estado final, é necessário aplicar os princípios fundamentais da Eletrostática em cada etapa sequencial, considerando que as esferas são condutoras e idênticas (mesma capacidade).

Análise Detalhada dos Processos

Abaixo, detalhamos passo a passo o que acontece com as cargas em cada esfera:

• Etapa 1: Eletrização por Atrito
• Situação: A esfera A é atritada com um bastão de vidro.
• Princípio Físico: No atrito, há transferência de elétrons entre dois corpos. O enunciado afirma explicitamente que A fica com carga positiva.
• Resultado: A esfera A perde elétrons para o bastão.
• Estado: Q_A = +Q (Positiva), Q_B = 0, Q_C = 0.
• Etapa 2: Eletrização por Contato
• Situação: A esfera A (cargada positivamente) entra em contato com a esfera B (neutra).
• Princípio Físico: Quando condutores idênticos entram em contato, a carga total se redistribui igualmente até que atingiram o mesmo potencial elétrico.
• Cálculo: A carga total é +Q. Como são duas esferas idênticas, a carga se divide pela metade.
• Resultado: Ambas as esferas retêm metade da carga original de A.
• Estado: Q_A = +Q/2, Q_B = +Q/2, Q_C = 0.
• Etapa 3: Eletrização por Indução
• Situação: A esfera C (neutra) é aproximada da esfera B (positiva) sem tocar, e depois C é aterrada momentaneamente.
• Princípio Físico: Indução Eletrostática. A presença da esfera B (positiva) polariza a esfera C, atraindo elétrons livres para o lado mais próximo de B. O lado oposto fica com excesso de cargas positivas.
• Aterramento: Ao conectar C à Terra (aterrar), elétrons fluem do solo para a esfera C para neutralizar as cargas positivas do lado afastado (e para reduzir o potencial da esfera).
• Isolamento: Ao desconectar o aterramento, a esfera C fica com um excesso de elétrons adquiridos da Terra.
• Estado de B: Como não houve contato entre B e C, a carga de B não sofre alteração.
• Estado Final: Q_A = +Q/2, Q_B = +Q/2, Q_C = \text{Negativa}.

Conclusão

Ao final de todos os processos descritos, o balanço de cargas das esferas é:

Portanto, as esferas A e B mantêm-se positivas, enquanto a esfera C torna-se negativa.