Aula 00 Aula Demonstrativa

Transcrição

1 Aula 00 Aula Demonstrativa Apresentação... 2 Eletrostática... 3 Princípios da Eletrostática... 4 Princípio da atração e da repulsão (Lei de DuFay)... 4 Princípio da Conservação das Cargas Elétricas... 4 Condutores e isolantes elétricos (dielétricos)... 5 Unidade de Carga Elétrica... 5 Lei de Coulomb

2 Apresentação Olá, pessoal! Tudo bem com vocês? Esta é a aula demonstrativa do curso de Física para CBM-DF. Para quem ainda não me conhece, meu nome é Guilherme Neves. Sou professor de Raciocínio Lógico, Matemática, Matemática Financeira, Estatística e Física. Sou autor do livro Raciocínio Lógico Essencial (Editora Campus). Posso afirmar em alto e bom tom que ensinar é a minha predileção. Comecei a dar aulas para concursos em Recife, quando tinha apenas 17 anos (mesmo antes de começar o meu curso de Bacharelado em Matemática na UFPE). O cronograma do nosso curso pode ser encontrado no site do Ponto. Esta aula, por ser demonstrativa, será bem mais curta que as demais. Para termos um contato mais próximo, me adicione em suas redes sociais. Facebook: (Página pessoal) (Fanpage) guilherme@pontodosconcursos.com.br Vamos começar? 2

3 Eletrostática Quase todos os autores dividem o estudo da eletricidade nas seguintes partes: Eletrostática - estuda os fenômenos provocados pela eletricidade em equilíbrio. Eletrodinâmica - estuda a eletricidade em movimento. A matéria é constituída, basicamente, de elétrons, prótons e nêutrons. Experimentalmente, comprovou-se que os nêutrons não possuem a propriedade física denominada carga elétrica. A carga elétrica é uma propriedade física inerente aos prótons e elétrons. Apesar de os prótons e elétrons serem bastante diferentes (o elétron é aproximadamente vezes mais leve que o próton), ambos possuem a mesma quantidade de carga elétrica (em módulo). O módulo da carga elétrica de 1 próton (e, obviamente, de 1 elétron) é chamado de carga elétrica elementar e é simbolizado por e. A carga elétrica elementar é a menor quantidade de carga existente. Convencionamos que a carga elétrica de um próton é +1e (positiva) e a carga elétrica de um elétron é 1e (negativa). A carga elétrica do nêutron é zero. Se o corpo possui mais prótons do que elétrons, ele tem uma carga elétrica positiva. Se o corpo possui mais elétrons do que prótons, ele tem uma carga elétrica negativa. 3

4 Se o corpo possui a mesma quantidade de prótons e elétrons, o corpo está eletricamente neutro. A quantidade de carga elétrica de um corpo eletrizado é sempre um múltiplo inteiro da carga elementar. Dizemos que a carga elétrica é quantizada. Princípios da Eletrostática Princípio da atração e da repulsão (Lei de DuFay) Quando aproximamos duas partículas eletrizadas com cargas elétricas de mesmo sinal, observamos a ocorrência de repulsão entre elas. Se as cargas elétricas tiverem sinais opostos, ocorrerá atração. Este é o princípio da atração e da repulsão, que pode ser assim enunciado: Partículas eletrizadas com cargas de sinais iguais se repelem, enquanto as eletrizadas com cargas de sinais opostos se atraem. Princípio da Conservação das Cargas Elétricas Vamos primeiro definir o que é um sistema eletricamente isolado: é aquele que não troca cargas elétricas com o meio exterior. Assim, não havendo alteração da quantidade e da qualidade das partículas dotadas de cargas elétricas, a carga total de um sistema permanece constante. Podemos enunciar o Princípio da Conservação das Cargas Elétricas: A soma algébrica das cargas elétricas existentes em um sistema eletricamente isolado é constante. 4

5 Imagine que temos um sistema eletricamente isolado com n corpos com pelo menos um deles eletrizado. Assim, poderão ocorrer trocas de cargas elétricas entre os corpos, mas a soma algébrica das cargas elétricas será a mesma antes, durante e depois das trocas. Condutores e isolantes elétricos (dielétricos) Em alguns corpos, encontramos portadores de carga elétrica que possuem grande liberdade de movimento: são os condutores elétricos. Os corpos em que essa liberdade de movimentação praticamente não existe são chamados de isolantes elétricos ou dielétricos. Os condutores elétricos são os metais, grafite, gases ionizados, soluções eletrolíticas, etc. Os isolantes elétricos mais comuns são o ar, vidro, borracha, porcelana, plásticos, algodão, seda, lã, água pura, enxofre, etc. Unidade de Carga Elétrica No Sistema Internacional de Unidades (SI), a unidade de medida de carga elétrica é o Coulomb (C), em homenagem a Charles Augustin de Coulomb. Esta não é uma unidade de base do SI. A sua definição depende da definição prévia da unidade ampère de intensidade de corrente elétrica. Veremos depois que um coulomb (C) é a quantidade de carga elétrica que atravessa, em um segundo, a seção transversal de um condutor percorrido por uma corrente contínua de intensidade igual a um ampère. Em relação ao Coulomb, podemos estabelecer uma comparação com a carga elétrica elementar (aproximadamente): e = 1,6 10!!" C Apesar de 1 coulomb corresponder a apenas uma unidade de carga elétrica, ele representa uma quantidade muito grande dessa grandeza física. Por isso, temos o costume de usar os submúltiplos do coulomb. 5

6 Submúltiplo Símbolo Valor milicoulomb mc 10!! C microcoulomb μc 10!! C nanocoulomb nc 10!! C picocoulomb pc 10!!" C FÍSICA PARA CBM-DF Lei de Coulomb Nós já vimos pela Lei de DuFay que partículas eletrizadas com cargas de sinais iguais se repelem, enquanto as eletrizadas com cargas de sinais opostos se atraem. Pois bem, a lei de Coulomb fala sobre justamente a força de atração e de repulsão entre essas cargas. Eis o enunciado da Lei de Coulomb: As forças de interação entre duas partículas eletrizadas possuem intensidades iguais e são sempre dirigidas segundo o segmento de reta que as une. Suas intensidades são diretamente proporcionais ao módulo do produto das cargas e inversamente proporcionais ao quadrado da distância entre as partículas. De acordo com essa lei, podemos escrever a seguinte expressão para o módulo da força de interação (atração ou repulsão) entre as cargas: F = K Q! Q! d² Onde K é uma constante de proporcionalidade (esta constante é chamada de constante eletrostática e depende do meio em que as cargas elétricas se encontram). Na maior da parte das questões, as partículas se encontram no vácuo. Neste caso, a constante será aproximadamente K = 9,0 10! Nm²C!!. 01. Determinar o módulo da força de interação entre duas partículas eletrizadas com +4,0μC e 3,0μC, estando elas no vácuo à distância de 6,0 cm uma da outra. Considere que a constante eletrostática do vácuo seja K = 9,0 10! Nm²C!!. Resolução Como as cargas têm sinais opostos, então a força será de atração. 6

7 F = K Q! Q! d² = 9,0 10! 4,0 10!! 3,0 10!! 6,0 10!!! = 30N FÍSICA PARA CBM-DF 02. Duas partículas A e B eletrizadas com cargas de mesmo sinal e respectivamente iguais a Q A e Q B, tal que Q A =9Q B, são fixadas no vácuo a 1,0 m de distância uma da outra. Determinar o local, no segmento que une as cargas A e B, onde deverá ser colocada uma terceira carga C, para que a mesma permaneça em repouso. Resolução Perceba que pelos dados do enunciado, o módulo da carga de C é irrelevante. Para que a partícula permaneça em repouso, a resultante das forças que atuam sobre ela deve ser nula (estudaremos estes conceitos detalhadamente na aula 1). Temos o seguinte esquema: Se a distância entre as cargas A e C for igual a x metros, a distância entre C e B será igual a (1-x) metros, porque a distância entre A e B é igual a 1 metro. Já que a carga C deve ficar em repouso, a força de interação entre A e C deve ter o mesmo módulo da força de interação entre B e C. K Q! Q! x² = K Q! Q! (1 x)² Q! x² = Q! (1 x)² Sabemos que Q A =9Q B, portanto: 9Q! x² = Q! (1 x)² 9 x! = 1 1 x! x² = 9 (1 x)² 7

8 x² = 9 18x + 9x² 8x² 18x + 9 = 0 x = b ± b! 4ac 2a x = Como x< 1 metro, então x = 0,75 m. 18 ± = 18 ± 6 16 x = 1,5 ou x = 0,75 Resposta: A carga C deve ser colocada a 0,75 m de A e a 0,25 m de B. Ficamos por aqui. Um forte abraço e bons estudos, Guilherme Neves 8