Definição de campo elétrico Relações matemáticas Experimento de Millikan Representação do campo elétrico (de acordo com a carga de prova)

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1 1 Definição de campo elétrico 2 Relações matemáticas 3 Experimento de Millikan 4 Representação do campo elétrico (de acordo com a carga de prova) 5 Linhas de Força 6 Linhas de Força (intensidade do campo elétrico) 7 Representação do campo elétrico (de acordo com a força elétrica) 8 Campo elétrico resultante 9 Distribuição das cargas elétricas 10 Densidade superficial de cargas 11 Poder das pontas 12 Rigidez dielétrica 13 Tensões de origem atmosférica 14 Para-raios 15 Densidade volumétrica de cargas 16 Campo elétrico uniforme 17 Teorema de Gauss 18 Campo elétrico em um condutor esférico /augustofisicamelo 19 Gaiola de Faraday 20 Blindagem eletrostática

2 Campo elétrico é uma propriedade física estabelecida em todos os pontos do espaço que estão sob a influência de uma carga elétrica (carga criadora). Tal que uma outra carga (carga de prova), ao ser colocada num desses pontos, fica sujeita a uma força de atração ou de repulsão exercida pela carga fonte. q F Q F F F q q q F Q F F As cargas que ficam fora do campo elétrico mostramse indiferentes à carga criadora Q. q q F Clique para exibir o conteúdo

3 F E F q E q Q q Se F K e F qe, então 2 d Q q q E K d 2 Força que Entra - Q Se q > 0 então F e E têm mesmo sentido. Se q < 0 então F e E têm sentidos opostos. F e E têm sempre a mesma direção. Q E K d 2 Clique para exibir o conteúdo

4 F Força eletrostática newton (N) Q Carga criadora coulomb (C) K E campo elétrico newton por coulomb (N/C) q Carga de prova coulomb (C) d 9 constante eletrostática K 0 = 9 10 Nm 2 C distância metro ( m) 2

5 A experiência da gota de óleo foi uma experiência conduzida por Robert Andrews Millikan para medir a carga elétrica do elétron. Ele conseguiu isso balanceando cuidadosamente as forças elétricas e gravitacionais em minúsculas gotas de óleo carregadas e suspensas entre dois eletrodos de metal. Conhecendo o campo elétrico, a carga da gota poderia ser determinada. Repetindo o experimento em várias gotas, percebeu que os valores medidos eram sempre múltiplos de um mesmo número. Millikan interpretou esse número como sendo a carga de um único elétron, cujo valor atualmente aceito é 1,602 x C.

6 De acordo com a carga de prova (positiva): q Campo elétrico DIVERGENTE Q > 0 Q - Q Campo elétrico de AFASTAMENTO Campo elétrico de APROXIMAÇÃO q Campo elétrico CONVERGENTE Q < 0 O vetor campo elétrico num ponto P, devido a uma carga Q positiva, sempre tem sentido de afastamento em relação a ela, enquanto o vetor campo elétrico devido a uma carga Q negativa, sempre tem sentido de aproximação em relação a ela, independentemente do sinal da carga de prova. Clique para exibir o conteúdo

7 Linha de força de um campo elétrico é uma linha que tangencia, em cada ponto, o vetor campo elétrico resultante associado ao ponto considerado.

8 Linha de força de um campo elétrico é uma linha que tangencia, em cada ponto, o vetor campo elétrico resultante associado ao ponto considerado. Clique para exibir o conteúdo

9 Linha de força de um campo elétrico é uma linha que tangencia, em cada ponto, o vetor campo elétrico resultante associado ao ponto considerado.

10 Linha de força de um campo elétrico é uma linha que tangencia, em cada ponto, o vetor campo elétrico resultante associado ao ponto considerado.

11 Linha de força de um campo elétrico é uma linha que tangencia, em cada ponto, o vetor campo elétrico resultante associado ao ponto considerado.

12 d A db dc db dc d A E E E B C A A intensidade do campo elétrico é maior na região de maior densidade de linhas de força e menor na região de menor densidade de linhas de força. Densidade de linhas de força é a quantidade dessas linhas por cada unidade de área. Clique para exibir o conteúdo

13 De acordo com a força elétrica F Q E q E F Q F E F q E Quando a carga de prova q é positiva, os vetores força elétrica e campo elétrico têm a mesma direção e o mesmo sentido. Quando a carga de prova q é negativa, os vetores força elétrica e campo elétrico têm a mesma direção, mas sentidos opostos. Clique para exibir o conteúdo

14 Aplicação: P q 2 q 2 P q 1 q 1 O vetor campo elétrico num ponto P, devido a uma carga Q positiva, sempre tem sentido de afastamento em relação a ela, enquanto o vetor campo elétrico devido a uma carga Q negativa, sempre tem sentido de aproximação em relação a ela, independentemente do sinal da carga de prova. Dica! Imagine o ponto P como se fosse uma carga de prova positiva: O campo elétrico terá sempre o mesmo comportamento da força elétrica. Clique para exibir o conteúdo

15 As cargas elétricas em excesso em um condutor vão se repelir, tendendo a se afastar umas das outras o máximo possível. Isso só é possível quando estas cargas se distribuem na superfície externa. A distribuição das cargas elétricas na superfície de um condutor em equilíbrio eletrostático permite que se obtenha no seu interior uma blindagem eletrostática, que é uma região livre as influências elétricas externas. Essa proteção elétrica permite que aparelhos elétricos como rádios, CD players entre outros funcionem livres das interferências externas graças aos gabinetes metálicos que criam uma blindagem eletrostática.

16 No processo de eletrização de um condutor, ocorre uma movimentação de portadores de carga elétrica até que o corpo atinja o chamado equilíbrio eletrostático, situação em que todos os portadores responsáveis pela eletrização acomodam-se na superfície externa do condutor. m Q A A densidade superficial de cargas é uma grandeza física escalar algébrica, dotada de mesmo sinal da carga Q, tendo por unidade, no SI, C/m 2. Clique para exibir o conteúdo

17 Em um condutor esférico eletrizado em equilíbrio eletrostático, a distribuição das cargas é uniforme. Entretanto, se o condutor em equilíbrio eletrostático não for esférico a concentração das cargas será maior nas regiões pontiagudas. m Q A Quando um condutor pontiagudo e eletrizado é mergulhado no ar, os átomos que existem na atmosfera são polarizados pelo campo elétrico, nas proximidades das pontas. Se a intensidade do campo elétrico for suficientemente alta, os íons atraídos ou repelidos entrarão em colisão com os outros átomos, produzindo mais íons e tornando o ar condutor nas proximidades da ponta (fenômeno conhecido como poder das pontas). Quando a ionização fica mais intensa, a região em torno da ponta poderá ficar luminosa devido à energia liberada nas colisões, podendo inclusive provocar um deslocamento de ar denominado vento elétrico.

18 Dois corpos condutores, imersos em um meio inicialmente isolante, são carregados de carga de polaridade oposta, gerando entre eles uma d.d.p. Quando se atinge em um valor limite, o qual varia em função do material dielétrico, há o fenômeno da ruptura dielétrica, e o meio isolante passa a ser momentaneamente um meio condutor, quando se salta um arco (feixe de elétrons).

19 Cerca de 70% dos raios ocorrem dentro da nuvem ou entre nuvens.

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21 Distribuição por ambientes de maior risco de acidentes com raios Sob árvores 23% Campos abertos 45% Parques aquáticos Sob árvores Parques aquáticos 14% Campos esportivos 8% Equipamentos e máquinas 5% Rádios transmissores e antenas 1% Telefonia 4% Campos abertos Rádios transmissores e antenas Telefonia Equipamentos e máquinas Campos esportivos

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23 Conhecendo o poder das pontas, Benjamim Franklin teve então a ideia de construir um dispositivo que exercesse uma proteção contra raio. Este dispositivo, o para-raios exercerá função de criar em volta dele um ar com características condutoras que fará com que o raio caia sobre ele e não em qualquer lugar da vizinhança. É por isso que uma casa sempre tem que ter um para-raios ou estar na zona de proteção de algum outro.

24 Clique aqui para exibir a animação.

25 Área de proteção: R H tg

26 No processo de eletrização de um dielétrico, os portadores responsáveis pela eletrização acomodamse por todo o do condutor. m Q V Vesfera 4 R 3 3 A densidade volumétrica de cargas é uma grandeza física escalar algébrica, dotada de mesmo sinal da carga Q, tendo por unidade, no SI, C/m 3. Clique para exibir o conteúdo

27 Campo elétrico uniforme é uma região do espaço onde o vetor representativo do campo ( E ) tem, em todos os pontos, a mesma intensidade, a mesma direção e o mesmo sentido. Embora não exista na prática uma superfície ilimitada, o campo elétrico gerado na prática por uma superfície limitada e uniformemente eletrizada é praticamente uniforme, com intensidade nos pontos situados nas proximidades de sua região central dada por: E 2

28 Campo elétrico uniforme é uma região do espaço onde o vetor representativo do campo ( E ) tem, em todos os pontos, a mesma intensidade, a mesma direção e o mesmo sentido. Uma das maneiras mais comuns E1E 2 E (Constante) de se conseguir um campo elétrico uniforme é utilizar duas placas condutoras planas e iguais, paralelas entre si e eletrizadas com cargas de mesmo módulo e sinais opostos. E1 E1 E2 E2 1 2 Clique para exibir o conteúdo O campo elétrico resultante na região externa às placas é praticamente nulo e entre as placas é dado por: E

29 E0 0 Dica! Considere que a placa de origem impede que o campo a atravesse. E E 0 0 2E 0 2E E 0 Clique para exibir o conteúdo Este campo não pode atravessar a placa de origem, logo não aparece mais desse lado.

30 Nessa região o campo resultante é nulo. 2E 0 2E 0 2E 0 Clique para exibir o conteúdo

31 Considere um campo elétrico uniforme e uma superfície plana e imaginária de área A, interceptada pelas linhas de força desse campo, conforme a figura abaixo. N (reta normal à superfície) E (vetor campo elétrico) O fluxo do vetor campo elétrico através da superfície é uma grandeza escalar definida por: EA cos

32 Ponto Interno E ( N / C) Raio d Ponto externo Ponto na superfície Ponto próximo a superfície (d Raio) Eint 0 E Ext KQ 2 d dm ( ) E próx KQ 2 R E 1 KQ 2 R sup 2 Uma partícula eletrizada gera campo elétrico na região do espaço que a circunda, porém, no ponto onde foi colocada, o vetor campo elétrico, devido à própria partícula, é nulo. Clique para exibir o conteúdo

33 A Gaiola de Faraday foi um experimento conduzido por Michael Faraday para demonstrar que uma superfície condutora eletrizada possui campo elétrico nulo em seu interior dado que as cargas se distribuem de forma homogênea na parte mais externa da superfície condutora (o que é fácil de provar com a Lei de Gauss), como exemplo podemos citar o Gerador de Van de Graaff. A gaiola de Faraday tem inúmeros usos atualmente, o carro, por exemplo, é basicamente uma gaiola de Faraday. É o efeito da gaiola de Faraday, e não os pneus de borracha, que protege um automóvel em caso de queda de um raio nas proximidades.

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