Introdução Eletrização Condutores e isolantes Carga elétrica Quantidade de carga elétrica Princípio da conservação das quantidades de carga elétrica

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1 Introdução Eletrização Condutores e isolantes Carga elétrica Quantidade de carga elétrica Princípio da conservação das quantidades de carga elétrica Prefixos gregos Eletrização por atrito Eletrização por contato corpos de mesmo tamanho Eletrização por contato corpos de tamanhos diferentes Eletrização por indução Eletroscópio Gerador de Van de Graaff Curiosidade Exercícios

2 A eletricidade foi descoberta na Grécia antiga (séc. VI a.c.). Conta-nos a história que o filósofo Tales de Mileto observou o seguinte fenômeno: ao atritar uma pedra de âmbar na pele de um animal, provavelmente uma ovelha, e depois aproximá-la de objetos leves, tais como pena de passarinho e pedacinhos de palha, estes eram atraídos pelo âmbar. Tales descobrira a eletricidade estática.

3 Matéria Átomos Núcleo Eletrosfera Prótons Nêutrons Elétrons Próton Positivo +e Nêutron Nulo 0 Elétron Negativo e

4 Partícula Carga Massa Próton +e 1, kg Elétron e 9, kg Nêutron 0 1, kg A carga elementar (e) possui valor dado por: e = 1, C

5 Os físicos Murray Gell-Mann e George Zweig propuseram que prótons e nêutrons são constituídos de quarks. Temos: Quark Símbolo Carga (e) Up u +2/3 Down d 1/3 Top t +2/3 Botton b 1/3 Estranho s 1/3 Charm c +2/3 Próton Nêutron u u d d u d

6 Neutro Prótons = Elétrons Corpo Eletrizado P E Positivo Negativo P > E P < E O corpo neutro ficará POSITIVO se PERDER elétrons. O corpo neutro ficará NEGATIVO se GANHAR elétrons. O processo de transferência de partículas elementares ocorre apenas a nível de eletrosfera, ou seja, o número de prótons do átomo permanece constante.

7 Um material é chamado de condutor elétrico quando há nele grande quantidade de portadores de carga elétrica que podem se movimentar com grande facilidade. Um material é chamado de isolante elétrico (ou dielétrico) quando não há nele grande quantidade de portadores de carga elétrica que podem se movimentar com grande facilidade. Imagens:

8 Carga elétrica é uma propriedade inerente a determinadas partículas elementares (os elétrons e os prótons os portadores da carga elétrica), que proporciona a elas a capacidade de interações mútuas, de natureza elétrica.

9 O francês Charles Du Fay, por volta de 1700, descobriu experimentalmente que corpos friccionados (eletrizados) podem atrair ou repelir outros corpos eletrizados. Du Fay realizou os seguintes experimentos: 1. Friccionou dois pedaços de vidro com seda, eletrizando-os. A seguir, aproximou-os e verificou que eles se repeliram. 2. Friccionou dois corpos de âmbar com lã, eletrizou-os. A seguir, aproximou-os e verificou que eles se repeliram. 3. Finalmente aproximou um pedaço de vidro eletrizado do âmbar, também eletrizado; verificou que eles se atraíram.

10 A conclusão foi a seguinte: há dois tipos de eletricidade; uma delas é inerente ao vidro, e a outra é inerente ao âmbar, pois esses dois materiais se atraíram. Du Fay denominou as cargas elétricas do vidro de eletricidade vítrea e as cargas elétricas do âmbar e outras resinas de eletricidade resinosa. Mais tarde Benjamin Franklin simplificou a nomenclatura e chamou a eletricidade vítrea de positiva e a resinosa de negativa. Desde então se estabeleceu um dos princípios fundamentais da eletricidade: Corpos eletrizados com cargas positivas se repelem. Corpos eletrizados com cargas negativas se repelem. Corpos eletrizados com cargas de sinais contrários se atraem.

11 Repulsão Repulsão Atração + + _ + Atração Atração 0 _ + 0 Cargas de mesmo sinal se repelem e cargas de sinais contrários se atraem. Um corpo neutro sempre é atraído por um corpo eletrizado.

12 É uma grandeza escalar associada à carga elétrica, definida por: Q ne n P E Q Q Q 19 Final Inicial 1,6 10 ΔQ Quantidade de carga elétrica n número de cargas elementares em excesso e carga elétrica elementar (e = 1, C) P número de prótons E número de elétrons. e C

13 Em um sistema eletricamente isolado a soma das quantidades de carga permanece inalterada. Q Q INICIAL FINAL O corpo neutro ficará POSITIVO se PERDER elétrons. O corpo neutro ficará NEGATIVO se GANHAR elétrons. Clique seguidamente em uma parte limpa do slide.

14 PREFIXO SÍMBOLO VALOR mili m 10 3 micro µ 10 6 nano n 10 9 pico p quilo k 10 3 mega M 10 6 giga G 10 9 tera T 10 12

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18 Na eletrização por atrito os corpos adquirem cargas de mesmo módulo e sinais contrários. Série Triboelétrica Pele humana seca + Couro Pele de coelho Vidro Cabelo humano Fibra sintética (nylon) Lã Pele de gato Seda Alumínio Papel Algodão Madeira Borracha Isopor Plástico

19 Mesma dimensão Contato Dimensões diferentes

20 Na eletrização por contato os corpos adquirem cargas de mesmo sinal. Final soma das cargas iniciais número de corpos Q Q 0 2 Q 2 Q Q 0 2 Q 2 Q

21 Observação: X Y Se os corpos forem esferas de tamanhos diferentes, vale a relação: Q Q Final de X Final de Y soma das cargas iniciais soma dos raios soma das cargas iniciais soma dos raios raio de X raio de Y

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23 Q 0 2 Q Q Q Q 0 Q 2 Q Q Q 2 Q Q Q 2Q Q Q 2 Q Q Q Na eletrização por indução os corpos adquirem cargas de sinais contrários. Obs: O indutor somente deverá ser afastado do induzido depois que o aterramento for desfeito.

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28 (UFPel) Recentemente foi inaugurado o LHC, um grande acelerador de partículas que deverá permitir a recriação das condições do universo logo após o Big Bang. De acordo com as teorias atuais, os prótons e os nêutrons são formados, cada um, por três partículas elementares chamadas de quarks. Existem doze tipos de quarks na natureza, mas os prótons e nêutrons são formados por apenas dois tipos. O quark up (u) possui carga elétrica positiva igual a 2/3 do valor da carga elétrica elementar (e), enquanto o quark down (d) possui carga elétrica negativa igual a 1/3 do valor da carga elétrica elementar. Assinale a alternativa que representa a composição do próton (p) e do nêutron (n), respectivamente: a) (p) u, d, d (n) u, d, u. b) (p) d, d, u (n) d, d, d. c) (p) u, u, u (n) u, d, u. d) (p) u, u, d (n) u, d, d. e) (p) u, u, d (n) u, u, u.

29 Um estudante entrega ao seu professor um relatório de suas experiências e nele contém as medidas das cargas elétricas de 4 corpos: A: 6, C B: 1, C C: 2, C D: 0, C Sabendo que a carga elementar é de 1, C, qual (is) medida(s) está (ão) fisicamente corretas: a) apenas A. b) apenas A e B. c) apenas A e D. d) apenas C. e) apenas B e C.

30 (UFSCar-SP) Atritando vidro com lã, o vidro se eletriza com carga positiva e a lã, com carga negativa. Atritando algodão com enxofre, o algodão adquire carga positiva e o enxofre, negativa. Porém, se o algodão for atritado com lã, o algodão adquire carga negativa e a lã, positiva. Quando atritado com algodão e quando atritada com enxofre, o vidro adquire, respectivamente, carga elétrica: a) positiva e positiva. b) positiva e negativa. c) negativa e positiva. d) negativa e negativa. e) negativa e nula. Série Triboelétrica +

31 (UNIFOR) Duas pequenas esferas idênticas estão eletrizadas com cargas de 6,0 µc e 10 µc, respectivamente. Colocando-se as esferas em contato, o número de elétrons que passam de uma esfera para a outra vale: a) 5, b) 4, c) 2, d) 4, e) 2, Dado: carga elementar e = 1, C

32 (UCS) Uma esfera condutora eletrizada com carga Q = 6,0 pc é colocada em contato com outra, idêntica, eletrizada com carga q = 2,0µC. Admitindo-se que haja troca de cargas apenas entre essas duas esferas, o número de elétrons que passa de uma esfera para outra até atingir o equilíbrio eletrostático é: Dado: carga elementar = 1, C. a) 5, b) 2, c) 5, d) 2, e) 1,

33 (Fatec-SP) Considere três esferas metálicas, X, Y e Z, de diâmetros iguais. Y e Z estão fixas e distantes uma da outra o suficiente para que os efeitos da indução eletrostática possam ser desprezados. A situação inicial das esferas é a seguinte: X neutra Y carregada com carga +Q e Z carregada com carga Q. As esferas não trocam cargas elétricas com o ambiente. Fazendo-se a esfera X tocar primeiro na esfera Y e depois na esfera Z, a carga final de X será igual a: a) zero b) 2Q/3 c) Q/2 d) Q/8 e) Q/4

34 Uma esfera condutora de raio R A = 3 m está eletrizada com carga Q A = 6,0 nc e é colocada em contato com uma outra esfera condutora de raio R B = 9 m eletrizada com carga Q B = 20,0 nc. Admitindo-se que haja troca de cargas apenas entre essas duas esferas, qual a carga final de cada esfera ao atingir o equilíbrio eletrostático?

35 (FUVEST) Quando se aproxima um bastão B, eletrizado positivamente, de uma esfera metálica, isolada e inicialmente descarregada, observa-se a distribuição de cargas representada na figura abaixo. Mantendo o bastão na mesma posição, a esfera é conectada à Terra por um f o condutor que pode ser ligado a um dos pontos P, R ou S da superfície da esfera. Indicando por ( ) o sentido do fluxo transitório (f) de elétrons (se houver) e por (+), ( ) ou (0) o sinal da carga final (Q) da esfera, o esquema que representa f e Q é:

36 Em uma esfera metálica oca, carregada positivamente, são encostadas esferas metálicas menores, presas a cabos isolantes e inicialmente descarregadas. As cargas que passam para as esferas menores, I e II, são, respectivamente: A) zero e negativa. B) zero e positiva. C) positiva e negativa. D) positiva e zero. E) negativa e positiva.

37 (Uftm) A indução eletrostática consiste no fenômeno da separação de cargas em um corpo condutor (induzido), devido à proximidade de outro corpo eletrizado (indutor). Preparando-se para uma prova de física, um estudante anota em seu resumo os passos a serem seguidos para eletrizar um corpo neutro por indução, e a conclusão a respeito da carga adquirida por ele. Passos a serem seguidos: I. Aproximar o indutor do induzido, sem tocá-lo. II. Conectar o induzido à Terra. III. Afastar o indutor. IV. Desconectar o induzido da Terra. Conclusão: No final do processo, o induzido terá adquirido cargas de sinais iguais às do indutor. Ao mostrar o resumo para seu professor, ouviu dele que, para ficar correto, ele deverá a) inverter o passo III com IV, e que sua conclusão está correta. b) inverter o passo III com IV, e que sua conclusão está errada. c) inverter o passo I com II, e que sua conclusão está errada. d) inverter o passo I com II, e que sua conclusão está correta. e) inverter o passo II com III, e que sua conclusão está errada.

38 (UECE Mod.) A série triboelétrica a seguir é uma lista de substâncias, de modo que cada uma se eletriza com carga positiva quando atritada com qualquer outra substância que a segue na lista: Um gato escorrega para baixo em uma vara de plástico e cai dentro de uma cuba metálica, x, que repousa sobre uma placa isolante. Duas outras cubas idênticas, y e z, apoiadas na placa, estão em contato com entre si, mas nenhuma faz contato com x. Quando o gato cai em x, a placa se quebra e todas as cubas caem, separadas, sobre o soalho isolado. O gato abandona a cuba x e foge. Ao final deste processo: a) x adquire carga positiva, y negativa e z positiva. b) x adquire carga negativa, y positiva e z negativa. c) somente x adquire carga positiva. d) x, y e z têm cargas positivas. e) x, y e z têm cargas negativas.

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