ELETROSTÁTICA (Estudo das cargas elétricas em repouso)
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- Marco Antônio Campos Pinho
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1 ELETROSTÁTICA (Estudo das cargas elétricas em repouso)
2 A carga elétrica Por volta de 600 A.C. os gregos observaram que após esfregar o âmbar (resina vegetal) e pele animal ambos passavam a atrair pequenos gravetos e folhas secas. A palavra elétron deriva da palavra grega elektron que significa âmbar.
3 Benjamin Franklin ( ): Existem dois tipos de carga elétrica, os quais Franklin denominou positiva e negativa. Cargas de mesmo tipo se repelem e de tipos diferentes se atraem.
4 Unidade de medida da carga elétrica no SI É denominada coulomb e é simbolizada por C Submúltiplos muito usados: milicoulomb = mc = 10-3 C microcoulomb = C = 10-6 C nanocoulomb = nc = 10-9 C picocoulomb = pc = C letra grega mi (lê-se mu)
5 A carga 1, C é denominada carga elétrica elementar e é simbolizada por e. e = 1, C A quantidade e é a menor quantidade de carga elétrica existente* * Na realiadade partículas chamadas quarks, que formam o próton e o nêutron, apresentam carga elétrica menor: - 1/3 e, + 2/3 e
6 Qual é a origem da carga elétrica? A origem da carga elétrica está nas partículas atômicas O próton possui carga elétrica + e O elétron possui carga elétrica e O nêutron não possui carga elétrica
7 O átomo Massa do elétron m e = 9, kg elétron Massa do próton m p = 1, kg Massa do nêutron m n = 1, kg Núcleo nêutron próton 99,9% da massa do átomo encontra-se no núcleo.
8 O núcleo atômico Há um tipo de força, denominada nuclear forte, que age sobre os núcleons (prótons e nêutrons). A força nuclear forte: É atrativa. É de curto alcance (distâncias nucleares). É independente da carga elétrica (p-p, p-n, n-n) Supera a repulsão próton-próton dando estabilidade ao núcleo.
9 Átomo neutro É um átomo que possui o mesmo número de prótons e de elétrons. Ionização É a retirada ou adição de elétrons num átomo neutro. átomo neutro Um íon positivo é um átomo neutro que perdeu elétrons. Um íon negativo é um átomo neutro que recebeu elétrons.
10 Condutores elétricos Chamamos de condutores elétricos os materiais que permitem o movimento de cargas elétricas em seu interior. Nos condutores sólidos as cargas que têm mobilidade são chamadas elétrons livres ou elétrons de condução e são abundantes nos metais. Densidade de elétrons de condução no Cobre 8, elétrons/cm 3
11 Isolantes elétricos Chamamos de isolantes elétricos os materiais onde não há movimento de cargas elétricas em seu interior. Alguns exemplos: Plástico Borracha Cerâmica Madeira Vidro Água pura Óleo
12 Como um objeto adquire carga elétrica? A carga elétrica (líquida) de um objeto se deve a ionização dos átomos que constituem o material. Dizemos que um objeto que possui carga elétrica está carregado ou eletrizado. Técnicas de eletrização Atrito Contato Indução
13 Eletrização por atrito Dois objetos neutros, feitos de materiais diferentes, quando atritados um contra o outro adquirem carga elétrica. Na eletrização por atrito os objetos tornam-se carregados com a mesma quantidade de carga, porém de tipos diferentes.
14 Quantização da carga elétrica A quantidade de carga (q) é um múltiplo inteiro da carga elementar e. q = ± n.e n = 1, 2, 3,...
15 Eletrização por contato Quando um objeto carregado toca outro objeto, a carga elétrica se distribui entre os dois. Conservação da carga elétrica Num sistema isolado a carga elétrica permanece CONSTANTE. q 1 + q q n = cte
16 Eletrização por contato - esferas idênticas q 1 = +4 C q 2 = 0 C q 1 = +2 C q 2 = +2 C q 1 + q 2 = = +4 C q 1 + q 2 = = +4 C
17 q 1 = +4 C q 2 = 1 C q 1 = +1, 5 C q 2 = +1, 5 C q 1 + q 2 = +4 1 = +3 C q 1 + q 2 = 1, 5 + 1, 5 = +3 C
18 Aterramento Chamamos de aterramento o contato entre um condutor eletrizado e um condutor neutro de dimensões infinitamente maiores. O condutor maior absorve a carga (positiva ou negativa) do condutor menor neutralizando-o. O condutor maior permanece neutro. condutor neutro aterramento condutor carregado
19 O planeta Terra é um enorme condutor neutro. É ótimo para o aterramento. Para condutores com pequenas quantidades de carga (mc, C,...) o corpo humano fornece um bom aterramento. É comum usar a lataria do carro para o aterramento de componentes eletrônicos.
20 Indução Denominamos Indução eletrostática a formação de regiões de carga positiva e negativa num condutor neutro devido a aproximação de um corpo carregado. O corpo carregado é chamado de indutor. O condutor neutro é chamado de induzido. induzido indutor
21 Eletrização por indução Corpo neutro a ser eletrizado Passo 1 Aproximar o indutor Passo 2 Aterrar o induzido Passo 3 Desaterrar Passo 4 Afastar o indutor
22 Polarização Denominamos polarização a formação de regiões (polos) de carga positiva e negativa num isolante devido a aproximação de um corpo carregado. Polo - moléculas (material isolante) Polo + Corpo carregado
23 Um corpo carregado pode atrair um corpo neutro? ԦF atração ԦF repulsão... e um corpo neutro atrai um corpo carregado?
24 Detectores de carga elétrica (eletroscópios) Pêndulo eletrostático Eletroscópio de folhas
25 Exercícios de sala de aula 1) Uma esfera isolante está eletrizada com carga de -3,2 C. Sabendo que a carga elementar vale 1, C é correto afirmar que a esfera apresenta (A) Excesso de 2, elétrons (B) Falta de 2, elétrons (C) Excesso de 5, prótons (D) Falta de 5, prótons (E) Excesso de 5, elétrons 2) UFRGS (2014) - Considere dois balões de borracha, A e B. O balão B tem excesso de cargas negativas; o balão A, ao ser aproximado do balão B, é repelido por ele. Por outro lado, quando certo objeto metálico isolado é aproximado do balão A, este é atraído pelo objeto. Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas do enunciado abaixo, na ordem em que aparecem. A respeito das cargas elétricas líquidas no balão A e no objeto, pode-se concluir que o balão A só pode... e que o objeto só pode.... (A) ter excesso de cargas negativas ter excesso de cargas positivas (B) ter excesso de cargas negativas ter excesso de cargas positivas ou estar eletricamente neutro (C) ter excesso de cargas negativas estar eletricamente neutro (D) estar eletricamente neutro ter excesso de cargas positivas ou estar eletricamente neutro (E) estar eletricamente neutro ter excesso de cargas positivas
26 3) UFRGS (2015) - Em uma aula de Física, foram utilizadas duas esferas metálicas idênticas, X e Y: X está suspensa por um fio isolante na forma de um pêndulo e Y fixa sobre um suporte isolante, conforme representado na figura abaixo. As esferas encontram-se inicialmente afastadas, estando X positivamente carregada e Y eletricamente neutra. Considere a descrição, abaixo, de dois procedimentos simples para demonstrar possíveis processos de eletrização e, em seguida, assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas dos enunciados, na ordem em que aparecem. I - A esfera Y é aproximada de X, sem que elas se toquem. Nesse caso, verifica-se experimentalmente que a esfera X é... pela esfera Y. II - A esfera Y é aproximada de X, sem que elas se toquem. Enquanto mantida nessa posição, faz-se uma ligação da esfera Y com a terra, usando um fio condutor. Ainda nessa posição próxima de X, interrompe-se o contato de Y com a terra e, então, afasta-se novamente Y de X. Nesse caso, a esfera Y fica.... (A) atraída eletricamente neutra (B) atraída positivamente carregada (C) atraída negativamente carregada (D) repelida positivamente carregada (E) repelida negativamente carregada
27 4) UFRGS Três esferas metálicas idênticas, X, Y e Z, estão colocadas sobre suportes feitos de isolante elétrico e Y está ligada à Terra por um fio condutor, conforme mostra a figura abaixo. X e Y estão eletricamente neutras, enquanto Z está carregada com uma carga elétrica q. Em condições ideais, faz-se a esfera Z tocar primeiro a esfera X e em seguida a Y. Logo após este procedimento, qual a carga elétria das esferas X, Y e Z, respectivamente? (A) q/3, q/3 e q/3 (B) q/2, q/4 e q/4 (C) q/2, q/2 e nula (D) q/2, nula e q/2 (E) q/2, nula e nula
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