Cap. 1 Princípios da Eletrostática

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1 Cap. 1 Princípios da Eletrostática Instituto Federal Sul-rio-grandense Curso Técnico em Eletromecânica Disciplina de Eletricidade Básica Prof. Rodrigo Souza Sumário 1 - Princípios da Eletrostática Introdução Teoria Eletrônica da Matéria Condutores e Isolantes Carga Elétrica Processos de Eletrização Atrito Contato Indução Eletrostática Indução Eletromagnética Campo Elétrico Intensidade do Campo Elétrico Direção e Sentido do Campo Elétrico Lei de Coulomb Prof. Rodrigo Souza 2 1

2 1.2 - Teoria Eletrônica da Matéria Todo material é composto de moléculas Toda molécula é formada por átomos Partes do Átomo Núcleo Prótons (carga +) Neutrons Eletrosfera Elétrons (carga -) Prof. Rodrigo Souza Teoria Eletrônica da Matéria Regra de Du Fay: Cargas elétricas de sinais iguais se repelem e de sinais diferentes se atraem. Prof. Rodrigo Souza 4 2

3 1.2 - Teoria Eletrônica da Matéria Elétrons livres: Elétrons da última camada que, por serem fracamente ligados ao núcleo, podem ser facilmente retirados do átomo Prof. Rodrigo Souza 5 Condutores 1.3 Condutores e Isolantes materiais que conduzem a eletricidade os elétrons da última camada dos seus átomos são fracamente ligados ao núcleo possuem muitos elétrons livres Exemplos: cobre, alumínio, metais em geral... Prof. Rodrigo Souza 6 3

4 1.3 Condutores e Isolantes Isolantes: materiais que não conduzem a eletricidade os elétrons são muito ligados ao núcleo nos átomos que compõem o material possuem poucos ou nenhum elétron livre Exemplos: borracha, plástico, madeira seca... Prof. Rodrigo Souza Condutores e Isolantes Prof. Rodrigo Souza 8 4

5 Curiosidade... Prof. Rodrigo Souza 9 Curiosidade... Prof. Rodrigo Souza 10 5

6 Curiosidade... Prof. Rodrigo Souza 11 Curiosidade: Gerador Van de Graaff Prof. Rodrigo Souza 12 6

7 1.4 Carga Elétrica Corpo Neutro: sem carga elétrica (mesmo número de prótons e elétrons) Carga Negativa: quando um corpo neutro ganha elétrons Carga Positiva: quando um corpo neutro perde elétrons Prof. Rodrigo Souza Carga Elétrica Carga elétrica do Elétron = Carga elétrica do Próton (desconsiderando o sinal) Carga elétrica elementar (e): valor da carga do Elétron ou do Próton e = 1,6x10 19 C Carga Elétrica de um Corpo q = n e Unidade de carga elétrica: Coulomb (C) Prof. Rodrigo Souza 14 7

8 1.5 Processos de Eletrização Eletrização por Atrito Ao atritar dois corpos de materiais diferentes eles trocam elétrons Todos elétrons arrancados de um corpo vão para o outro corpo, logo as cargas ficam iguais mas com sinais contrários Um corpo fica com carga positiva (aquele que perde elétrons) Outro corpo fica com carga negativa (aquele que ganha elétrons) Prof. Rodrigo Souza Processos de Eletrização Eletrização por Atrito Prof. Rodrigo Souza 16 8

9 1.5 Processos de Eletrização Eletricidade Estática: Corpos podem acumular cargas elétricas após sofrer algum processo de eletrização, geralmente gerada por atrito. Isso produz um acumulo de cargas elétricas. O contato desses corpos carregados com outros corpos pode gerar descarga da eletricidade acumulada. Isso pode causar problemas: Queima de componentes eletrônicos sensíveis (processadores, memórias) Explosões quando em contato com material combustível (caminhão de transporte de combustível) Prof. Rodrigo Souza Processos de Eletrização Prof. Rodrigo Souza 18 9

10 1.5 Processos de Eletrização Eletrização por Contato Contato com a Terra: descarga da eletricidade Prof. Rodrigo Souza Processos de Eletrização Eletrização por Indução Eletrostática Prof. Rodrigo Souza 20 10

11 1.5 Processos de Eletrização Eletrização por Indução Eletromagnética Princípio de funcionamento dos geradores de energia elétrica Prof. Rodrigo Souza Campo Elétrico Uma carga cria ao seu redor um Campo Elétrico (E) que irá atuar em outras cargas que estiverem nas suas proximidades. Prof. Rodrigo Souza 22 11

12 1.6 - Campo Elétrico Existe um Campo Elétrico uma carga (q) for colocada em um determinado ponto (P) e esta ficar submetida a uma força de origem elétrica (atração ou repulsão) Intensidade do Campo Elétrico (no ponto P acima) E = F q Prof. Rodrigo Souza Campo Elétrico Direção e Sentido do Campo Elétrico Segundo o sinal da carga que cria o Campo Elétrico Prof. Rodrigo Souza 24 12

13 1.6 - Campo Elétrico Comportamento das linhas de força do Campo Elétrico com mais de uma carga criadora Cargas Diferentes Prof. Rodrigo Souza Campo Elétrico Comportamento das linhas de força do Campo Elétrico com mais de uma carga criadora Cargas iguais Prof. Rodrigo Souza 26 13

14 1.6 - Campo Elétrico Comportamento das linhas de força do Campo Elétrico com mais de uma carga criadora Campo Elétrico Uniforme: mesmo módulo, direção e sentido Prof. Rodrigo Souza Lei de Coulomb As forças de atração e repulsão entre cargas elétricas ocorre devido a ação de seus campos elétricos Prof. Rodrigo Souza 28 14

15 1.7 - Lei de Coulomb As forças são diretamente proporcionais ao produto das cargas e inversamente proporcionais ao quadrado da distância entre elas F = K 0 q 1 q 2 d 2 Constante de proporcionalidade do ar ou vácuo K 0 = Ωm2 C 2 Prof. Rodrigo Souza 29 Rigidez Dielétrica Rigidez Dielétrica é o maior valor de campo elétrico que pode ser aplicado a um isolante sem que ele se torne condutor Prof. Rodrigo Souza 30 15

16 Poder das Pontas Em um condutor cuja superfície apresenta formato variável, a densidade de cargas elétricas é muito maior nas regiões pontiagudas. Prof. Rodrigo Souza 31 Poder das Pontas Para-raios tipo Franklin Prof. Rodrigo Souza 32 16

17 Blindagem Eletrostática O Campo Elétrico no interior de um condutor é sempre nulo Gaiola de Faraday Cabo Coaxial Prof. Rodrigo Souza 33 17