Evidências do elétron

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1 Evidências do elétron Nessas aulas vamos investigar: 1)Carga elétrica 2)Energia elétrica 3)Potencial elétrico 4)Hipótese de Arrhenius 5)Hipótese de Faraday 6)Experimento de Thomson 7)Experimento de Millikan 8)Modelo de Thomson

2 Carga Elétrica Ao friccionar um bastão a uma estopa vemos que ele atrai pedecinho de papel.

3 Carga elétrica Se dois bastões forem friccionadas por um tecido de seda, vemos que eles repelem entre si porém atraem o tecido.

4 Cargas elétricas Atribuimos ao material uma carga elétrica e essa carga pode ser positiva ou negativa, a convenção foi adoptada por Benjamin Franklin.

5 Cargas elétricas A carga elétrica pode ser medida por um eletroscópio e a unidade no SI é o coulomb (C)

6 Força e energia potencial elétrica Coulomb determinou uma expressão para a força elétrica no seu experimento de torção. F 12= 9 kq1 q 2 r 2 k= 8, N. m /C 2 2

7 Força e energia potencial elétrica Podemos contabilizar o trabalho necessário para trazer uma carga q do infinito até uma distância R de uma carga Q, esse trabalho será: kqq kqq W=F 12 R= 2 R= R R

8 Energia potencial elétrica Dizemos que existe uma energia potencial elétrica na qual está amarzenada na carga em presença de outra. Se soltarmos a carga ela vaii realizar trabalho e transformas a energia potencial em cinética. kqq U ( R)= R

9 Campo elétrico Como um objeto carregado exerce uma força em outro objeto carregado, podemos dizer que esse objeto carregado produz em sua volta um campo de forças chamado de campo elétrico. Se dois ou mais objetos estiverem carregados, o campo elétrico gerado será a soma de cada. E =q F

10 Potencial elétrico Dois objetos carregados geram um potencial elétrico para um terceiro objeto. Assim temos uma diferença de potencial entre os objetos.

11 Potencial elétrico O valor desse potencial é proporcional a diferença de cargas e a constante de proporcionalidade é a capacitância. O potencial tem como unidade no SI o volt V e, muitas vezes, é chamado de tensão. No exemplo usaremos duas placas paralelas. Q=CV

12 Potencial de placas paralelas Verificamos que na região central de um capacitor de placas paralelas o campo elétrico é constante e aponta para direção perpendicular. Seu valor depende da tensão aplicada às placas e a distância entre elas. V=Ed

13 Tipos de materiais Quanto a mobilidade de cargas, observamos dois tipos de materiais,: Isolantes Condutores

14 Isolantes Os materiais isolantes não conduz cargas elétricas e, portanto, não conduz eletricidade.

15 Condutores Condutores são materiais que conduzem eletricidade.

16 Corrente elétrica Caso dois objetos que possuam cargas e forem separados por um material condutor, as cargas se moverão até que os objetos tenham a mesma carga. Nesse movimento haverá uma corrente elétrica entre os objetos. Q I= t

17 Corrente elétrica A unidade de corrente no SI é ampere A. A corrente elétrica será proporcional ao potencial. V=RI

18 Materiais supercondutores Há determinados mateirais que ao se submetido à temperaturas baixas tem sua resistência indo a zero tornando supercondutores.

19 Fontes de eletricidade Das diversas fontes de eletricidade, podemos citar: Atrito Química Térmica Mecânica em todas a ideia é de transformação de energia.

20 Fonte mecânica Um fenômeno muito interessante é a indução magnética, tendo um ímã podemos produzir corrente elétrica acelerando esse ímã. Dessa forma podemos carregar um objeto.

21 Efeito contrário É possível fazer o contrário, ao variar uma corrente elétrica numa espira produzimos campo magnético. Tendo, portanto, um eletroímã ou um motor elétrico.

22 Força magnética Esses efeitos é fruto da ação do campo magnético e de como ele gera força num objeto carregado. F mag =qvbsin ( O )

23 Fontes químicas Alessandro Volta observou a existência de corrente elétrica quando, em uma célula, duas placas de metais diferentes são colocados numa solução de ácido sulfúrico.

24 Dissociação eletrolítica Com uma pilha observamos que, ao diluir sal em água, vemos que há corrente elétrica passando, porém quando colocamos açúcar não observamos.

25 Hipótese de Arrhenius Para explicar esse fato, Arrhenius propôs que o açúcar ou o sal se dividem em moléculas menores quando estão em solução de água. Na dissociação do sal as moléculas são chamados de íons: carregadas positivamente, cátions, e negativamente, ânions.

26 Eletrólise Para entendermos melhor o que acontece, vemos no processo de eletrólise a hipótese de Arrhenius. Mas o que vem a ser e-?

27 Leis de Faraday Ao observar a eletrólise Faraday formulou as seguintes leis: 1)A massa de uma substância produzida por um catodo ou anodo de uma eletrólise é proporcional a carga passada na célula. 2)As massas de diferentes substâncias produzidas pela mesma carga são proporcionais a massa equivalente das substâncias.

28 Número de Faraday Dessas leis supomos que para a produção de 1mol de substância foi usado 1mol de carga elétrica, e a quantidade de carga contida nesse mol é o número de Faraday multiplicado pela valência do íon. Q=znF F= C/mol

29 Hipótese do elétron Como 1mol de cargas foram usados para a eletrólise de 1mol de substância, leva-nos crer que esse mol de cargas seja o número de Avogadro de uma partícula com uma determinada carga. A eletricidade existe em unidades discretas e essa partícula começou a ser chamada de elétron por Stoney.

30 Exercício Calcule a relação carga/massa do íon Ag +. Explique como o valor poderia ser determinado por meio de um experimento de eletrólise.

31 Mais exercícios a) Na eletrólise do NaCl, quantos litros de Cl 2 são gerados por uma corrente de 15,5A por um período de 75min. b) Qual a quantidade de matéria de NaOH formada na solução durante esse período?

32 Mais um a) Quantos segundos se leva para produzir 5 litros de H2 medidos a 725torr e 23 C pela eletrólise da água usando uma corrente de 1,5A? b) Quantos gramas de O2 são produzidos ao mesmo tempo?

33 Raios catódicos Em um tubo de vidro com uma pressão interna muito baixa é colocado uma placa paralela e essa submetida a uma tensão de V. Observamos um raio que percorre por dentro do tubo em linha reta até atingir um material fluorescente.

34 Experimento de Perrin Perrin coletou parte dos raios que saíam do anôdo e observou que a carga do coletor era negativa. Por isso ele concluiu que o feixe era de partículas carregadas negativamente.

35 Experimento de Thomson Thomson acoplou ao tubo de raios catódicos um ímã para produzir uma força magnética e um capacitor para produzir uma força contrária a força magnética. Ajustando o potencial no capacitor ele pode controlar o desvio do feixe até a situação sem desvio obtendo com isso a velocidade das partículas do feixe. E v= B 7 v= 6 10 m/s

36 Experimento de Thomson Observando os desvios que os raios faziam quando a tensão no capacitor mudava, ele obteve uma razão entre a massa e a carga do elétron. Hoje sabemos que essa razão é de: 2 e 2yv = 2 m Ed 1 e 11 =1,75 10 C / g m

37 Exercício Elétrons são acelerados em um tubo de raios catódicos onde é aplicado uma diferença de potencial de V entre o catodo e o anodo. a) Com que velocidade um elétron estaria ao atingir o anodo? b) Faça um esboço do que ocorreria indicando o catodo e o anodo, a direção do campo e a direção da força aplicada sobre os elétrons.

38 Experimento de Millikan Podemos estimar através do experimento de Thomson e com a constante de Faraday a massa e a carga do elétron. Porém foi somente com o experimento de Millikan que pudemos ter a carga e a massa do elétron diretamente.

39 Experimento de Millikan No experimeto, uma gota de óleo cai em uma câmara. Com a ultilização de um campo elétrico podemos cessar a queda da gota.

40 Experimento de Millikan No equilíbrio temos na direção vertical, F e P= 0 qe mg= 0 V E= d mgd q= V

41 Experimento de Millikan Em vários experimentos com diferentes gotas, ele determinou valores como: q=ne

42 Experimento de Millikan Dessa forma ele concluiu que cada gota tinha um número inteiro de elétrons a menos. E como os valores da carga da gota eram múltiplos de um valor, ele pode afirmar que esse valor é a carga do elétron. e= 1, C

43 Exercício Numa reconstrução do experimento de Millikan, as gotas formadas atravessam um capacitor cuja distância entre as placas é de 1cm e que está submetido a uma tensão V. Suponha que a densidade do óleo seja de 0,8g/cm³, que o diâmetro de uma gota seja de 1 μm e que esta gota esteja carregada com dois elétrons excedentes. a) Esboce o aparato indicando a direção do campo elétrico e das forças que agem na gota. b) Qual deve ser a tensão para que a gota carregada permaneça suspensa em repouso?

44 Massa do elétron Conhecida a carga o elétron pudemos ultilizar o experimento de Thomson para determinar a massa do elétron. m e =0, me = mh 1837 kg

45 Modelo Atômico de Thomson Visto que os elétrons são partículas e que o átomos podem gerar elétrons. Thomson propôs um modelo estável para o átomo na qual os elétrons estavam dentro de uma geléia carregada positivamente, ficando conhecido como modelo do pudim de passas.

46 O que vem por aí Porém o modelo de Thomson tinha problemas pois como arranjar uma geléia positiva e os elétrons numa região do espaço? A descoberta do raio X, a radiação de certos materiais e o experimento de Rutherford mudaram essa história trazendo mais problemas que solução.