1 - Cargas elétricas. 1-1 Algumas descobertas pertinentes ao capítulo. Me. Leandro B. Holanda,

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1 1 - Cargas elétricas 1-1 Algumas descobertas pertinentes ao capítulo A física do eletromagnetismo foi estudada pela primeira vez pelos filósofos da Grécia antiga; eles descobriram que, se um pedaço de âmbar fosse friccionado e depois aproximado de pedaços de palha, a palha seria atraída pelo âmbar. Hoje sabemos que a atração entre o âmbar e a palha se deve a uma força elétrica. Outra experiência bem famosa é do pente, que após pentear os cabelos em um dia seco, atrai pedacinhos de papel. E uma série triboelétrica foi criada para classificar os materiais que se eletrizam por atrito, quanto à facilidade de ganharem ou perderem elétrons: Imagem:

2 1-2 Cargas elétricas Carga elétrica: propriedade intrínseca das partículas fundamentais de que é feita a matéria. quando em equilíbrio de cargas dizemos que ele está eletricamente neutro quando possui excesso de carga dizemos que ele está eletricamente carregado. Imagem: Serway & Jewett. Na figura: (a) Um bastão de borracha negativamente carregado suspenso por uma linha é atraída por um bastão de vidro positivamente carregado. (b) Um bastão de borracha negativamente carregado é repelido por um outro bastão de borracha negativamente carregado. Experiências como estas mostram que 1. Cargas de mesmo sinal repelem-se; 2. cargas de sinais opostos atraem-se.

3 Na Seção 1-4 vamos expessar esta regra em meios matemáticos, na chamada Lei de Coulomb da força eletrostática (ou força elétrica) entre duas cargas. Chamaremos arbitrariamente um tipo de carga "positiva" enquanto outro de carga "negativa". Podemos eletrizar um corpo de três maneiras por atrito, conforme discutimos acima por contato por indução, conforme figura abaixo. Imagem: Sears & Zemansky 1-3 Condutores e não-condutores Condutores são materiais nos quais as cargas elétricas movem-se com facilidade (por exemplo, o cobre dos fios elétricos). Não-condutores ou isolantes são materiais nos quais as cargas não podem se mover como os plásticos (usados para isolar os fios elétricos), a borracha, o vidro, a água destilada.

4 Semicondutores são materiais com propriedades elétricas intermediárias entre os condutores e os não-condutores. Exemplo: silício e germânio. Veremos com mais detalhe na seção 26-8 do PLT. Supercondutores são condutores perfeitos, ou seja, materiais nos quais as cargas se movem sem encontrar nenhuma resistência. Discutiremos um pouco sobre supercondutores na seção 26-9 do PLT. Para explicar quantitativamente o fenômeno da condução faz-se necessário o uso da física atômica, molecular, e do estado sólido, as quais tem na mecânica quântica a ferramenta fundamental. 1-4 Lei de Coulomb Sejam duas partículas carregadas (também conhecidas como cargas pontuais) de cargas e, separadas por uma distância. O módulo ou intensidade da força eletrostática de atração ou repulsão é dada por é a chamada lei de Coulomb em homenagem a Charles Augustin Coulomb, cujos experimentos de 1785 levaram a sua formulação. e são medidas em coulombs, C. é medido em metros, m. A constante eletrostática,, tem o valor onde a constante é chamada de permissividade do vácuo, e tem o valor

5 Exemplo da página 7 do PLT 709. (Modificado) Na figura m C C C Determine a força eletrostática exercida sobre a partícula 1 pelas partículas 2 e 3. Solução Podemos resolver em 3 passos: Passo 1 - Cálculo da força exercida sobre a partícula 1 pela 3, : onde é a distância que separa as partículas 1 e 3. Assim Então será a intensidade ou módulo da força. Como cargas de sinais contrários, a orientação de é de com o eixo, ou seja, paralela ao eixo e apontando para a direita.

6 Veja figura abaixo: Na figura, é a força exercida sobre a partícula 1 pela 2. Etapa 2 - Cálculo da força exercida na partícula 1 pela 2, : onde r é a distância que separa as partículas 1 e 2. Assim Então será a intensidade ou módulo da força. Como cargas de sinais iguais, a orientação de é de com o eixo, ou seja, paralela ao eixo e apontando para a esquerda, conforme figura acima. Passo 3 Cálculo de Vimos que e têm sentidos contrários. Como aponta para a direita: Portanto e têm orientação de com o eixo.

7 Pratique! (resolver e entregar o problema 4 abaixo) Os problemas abaixo foram tirados das páginas 16 e 17 do PLT 709 8a. edição. Respostas: 1. 1,40 m 2. a) kg b) C 3. 2,81 N 4. 3/8 ou 0, ,5 6. 0,5 C 7. a) C b) C Observação: Para quem comprou o PLT 709 9a. edição os mesmos exercícios são: 1, 2, 3, 4, 5, 6, e 9 das páginas 15 e 16.