Carga Elétrica e Lei de Coulomb

Transcrição

1 Carga Elétrica e Lei de Coulomb

2 Carga Elétrica A matéria é formada de pequenas partículas, os átomos. Cada átomo, por sua vez, é constituído de partículas ainda menores, no núcleo: os prótons (positivos) e os nêutrons (sem carga); na eletrosfera: os elétrons (negativos). Às partículas eletrizadas, elétrons e prótons, chamamos "carga elétrica".

3 Prótons (p + ) Nêutrons (n 0 ) Elétrons (e )

4 Corpo Eletrizado Corpo eletricamente neutro Corpo eletrizado positivamente Corpo eletrizado negativamente

5 Carga elementar e Quantidade de Carga Elétrica 1 carga elétrica elementar (e) = 1,6 x C (Coulomb). A quantidade de carga elétrica de um corpo é dada pela expressão: Q = +/ n. e Onde: Q quantidade de carga elétrica. e carga elétrica elementar +/ número de prótons ou elétrons em excesso

6 1 Coulomb é uma quantidade de carga muito grande. Seria praticamente impossível manter essa quantidade de carga sob controle, caso estivesse concentrada numa região muito pequena. Frequentemente as cargas elétricas dos corpos é muito menor do que 1 Coulomb. Assim usamos submúltiplos. Os mais usados são:

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8 condutor Isolante

9 Rigidez Dielétrica de alguns materiais isolantes comuns Material Rigidez dielétrica média, em KV/cm Ar 30 Baquelite 150 Borracha 270 Mica 2000 Porcelana 70 Teflon 600 Vidro 900

10 Exemplos de Semicondutores Ampolas com Germânio e Silício

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13 PRINCÍPIO ELETROSTÁTICO PRÍNCIPIO DE ATRAÇÃO E REPULSÃO F + + F F F + F F

14 Cargas Opostas = Atração Cargas Iguais = Repulsão

15 Consideremos dois corpos eletrizados (com cargas Q 1 e Q 2 ) e separados por uma distância d. Q1 Q2 d Quando as dimensões desses corpos são muito menores do que a distância d, podemos representálos por pontos e chamálos de cargas elétricas puntiformes.

16 Como os corpos estão eletrizados, há uma interação elétrica (força) entre eles. A intensidade da força diminui à medida que se aumenta a distância de separação d. 16F GRÁFICO F x d Fα 1 2 d 4F F Hipérbole Cúbica

17 SENTIDO DA FORÇA ELÉTRICA 1 Se os corpos forem eletrizados com cargas elétricas de mesma natureza (mesmo sinal), a força elétrica será de repulsão.! F Q1 Q2 + +! F! F Q1 Q2! F

18 SENTIDO DA FORÇA ELÉTRICA 2 Se os corpos forem eletrizados com cargas elétricas de sinais contrários, a força elétrica será de atração.! F Q1 Q2! F +

19 Eletrização por Atrito No início os corpos estão neutros Atrito: troca de cargas entre eles. Final: corpos carregados com a mesma quantidade de cargas mas com sinais opostos.

20 Balão Porta

21 SÉRIES TRIBOELÉTRICAS A série triboelétrica foi criada para classificar os materiais que se eletrizam por atrito, quanto à facilidade de trocarem cargas elétricas. Série triboelétrica é portanto o termo utilizado para designar uma listagem de materiais em ordem crescente quanto à possibilidade de perder elétrons. Ou seja, quanto maior a facilidade em adquirir cargas positivas, mais alta é a posição que ocupa na tabela. É o caso do atrito entre lã e PVC. Desse modo, foram classificados conforme o quadro abaixo: + + Vidro Mica Lã Seda Algodão Madeira Âmbar Enxofre Metais Pele humana seca Couro Pele de coelho Vidro Cabelo humano Fibra sintética (nylon) Lã Chumbo Pele de gato Seda Alumínio Papel Algodão Aço Madeira Âmbar Borracha dura Níquel, Cobre, Latão, Prata, Ouro, Platina, Poliéster Isopor Filme PVC ('magipack') Poliuretano Polietileno ('fita adesiva') Polipropileno Vinil (PVC) Silicone Teflon

22 Eletrização por Contato No início pelo menos um deles deve estar carregado. Final: corpos carregados com cargas de mesmo sinal. A soma total das cargas deve sempre se conservar (conservação das cargas)

23 Eletrização por Indução No início um deles está carregado (indutor) e o outro neutro (induzido). Indutor Induzido Aproximação dos corpos (sem haver contato). O induzido vai ficar polarizado (cargas separadas).

24 Ligar o induzido polarizado a Terra. Desfazer a ligação com a Terra. No final o indutor é afastado e o induzido vai ficar eletrizado com cargas de sinal oposto a ele. Todo corpo ligado a Terra vai ganhar ou perder elétrons ficando neutro.

25 LEI DE COULOMB UM POUCO DE HISTÓRIA Foi o francês Charles Augustim de Coulomb quem formulou, em 1785, a lei matemática que rege as interações entre partículas eletrizadas. Usando o modelo newtoniano, ele estabeleceu que a interação eletrostática entre essas partículas manifestavase por meio de forças de atração e repulsão, dependendo dos sinais das cargas. Imagem: ArtMechanic / domínio público

26 A BALANÇA DE TORÇÃO DE COULOMB Coube a Charles Augustin de Coulomb, com sua célebre balança de torção (na verdade, um dinamômetro), estabelecer a lei matemática que possibilita o cálculo da intensidade da força elétrica entre dois corpos eletrizados. Imagem: Sertion / domínio público.

27 Q1 Q2 el 21 el F! F! 12 F = K. el Q 1 d. Q 2 2 Onde: F = força elétrica (N) Q 1 e Q 2 = são as cargas elétricas puntiformes (C) d = distância entre as cargas (m) K= é a constante eletrostática do meio (Nm 2 /C 2 )

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