Sumário. Campo e potencial elétrico. Campo elétrico uniforme. Diz-se que temos um campo elétrico uniforme, numa determinada região

Transcrição

1 Sumário Unidade II Eletricidade e Magnetismo 1- Continuação da lição anterior. - Campo elétrico uniforme. - Campo elétrico no interior e à superfície de um condutor em equilíbrio electroestático. Gaiola de Faraday. -. APSA 21 Campo elétrico. Campo elétrico uniforme. Campo elétrico uniforme Diz-se que temos um campo elétrico uniforme, numa determinada região do espaço, se o vetor campo elétrico, E, tiver as mesmas características em todos os pontos do campo. É possível obter um campo elétrico uniforme com duas placas condutoras planas e paralelas com cargas de sinais contrários e separadas por uma distância d pequena, comparada com o tamanho das placas. 1

2 Campo elétrico uniforme Se uma carga elétrica de prova, q, for colocada em qualquer ponto do campo elétrico uniforme, fica sujeita a uma força elétrica, F, constante, uma vez que o campo elétrico, E, é constante. E F q F qe Espectro das linhas de campo de um campo elétrico uniforme Calculo da aceleração duma carga de prova que se move no sentido das linha de campo Como a força elétrica é constante, e se considerarmos a carga de prova apenas sujeita à ação do campo elétrico (portanto, o peso da partícula desprezável, face à intensidade da força elétrica) a aceleração da partícula, pode ser determinada considerando: F E F qe q E pela Lei Fundamental da Dinâmica: F R ma q E ma a Nota: Uma partícula de massa m e carga q inicialmente em repouso, quando submetida unicamente à ação de um campo uniforme, desloca-se com mrua ao longo dessa linha. q m E 2

3 Experiência de Millikan Determinação da carga do eletrão ( ) Millikan recebeu o Nobel de Física de oil drop experiment (Educational science animation) Experiência de Millikan Ao conhecer a massa da gota e a intensidade do campo elétrico, E, Millikan com a colaboração do seu melhor aluno Harvey Fletcher, determinou a carga elétrica, q e verificou que essa carga elétrica era sempre um múltiplo inteiro da carga do eletrão. q E F e P m g m g q E q E m g 3

4 Características dos condutores em equilíbrio eletrostático Características dos condutores em equilíbrio eletrostático Num condutor em equilíbrio eletrostático não há movimento orientado de cargas. As cargas distribuem-se à superfície do condutor, de forma a minimizar a repulsão elétrica. No interior do condutor o campo elétrico é nulo. Na superfície do condutor, o campo elétrico é perpendicular à superfície. Distribuição das cargas nos condutores em equilíbrio eletrostático Gaiola de Faraday Faraday utilizando uma gaiola metálica, colocada em suportes isolantes demonstrou que a carga de um corpo se distribui à superfície e o campo elétrico no seu interior é nulo. Uma pessoa dentro de uma gaiola de Faraday não será eletrocutada, pois o campo elétrico no seu interior é nulo. 4

5 Distribuição das cargas nos condutores em equilíbrio eletrostático A gaiola de Faraday é constituída por pêndulos de esferovite no seu interior e no seu exterior, apoiada numa base isolante. Ao ligar-se a gaiola a um gerador de Van der Graaff, verifica-se que os pêndulos exteriores são repelidos pela rede metálica, enquanto os pêndulos que se encontram no interior da gaiola não experimentam qualquer ação elétrica. Distribuição das cargas nos condutores em equilíbrio eletrostático Um dos melhores lugares para nos protegermos de uma trovoada é, por exemplo, dentro de um automóvel. Se um raio cair perto do automóvel, os seus ocupantes nada sofrerão, pois a estrutura metálica do automóvel isola o seu interior de qualquer ação elétrica do exterior. A carga que o raio transporta tende a distribuir-se na superfície exterior metálica do carro e o campo elétrico no interior do veículo é nulo. 5

6 Distribuição das cargas nos condutores em equilíbrio eletrostático Apesar da carga se distribuir à superfície de um condutor em equilíbrio eletrostático, essa distribuição não é, em geral uniforme se o corpo for irregular. A carga tende a aglomerar-se nas regiões mais pontiagudas do condutor. A carga por unidade superfície do condutor será tanto maior quanto menor for o seu raio de curvatura. 6

7 7

8 Vento elétrico O campo elétrico é intenso na "ponta" do condutor e provoca a ionização do ar. Os iões do ar com carga do mesmo sinal que a zona pontiaguda são repelidos por ela, existindo assim uma corrente de ar junto da ponta - vento elétrico, devido à descarga elétrica do condutor aguçado. Torniquete elétrico Trata-se de uma pequena hélice de pontas aguçadas, a qual é colocada em contacto com um corpo carregado. A velocidade com que a hélice gira depende da carga fornecida pelo corpo. É a fuga das cargas pelas pontas da hélice que faz com que surja uma força capaz de impulsioná-la. 8

9 encontra uma aplicação importante na construção de para-raios. TPC Exercícios da APSA 21 que que ficarem por fazer. 9