Princípios de Eletricidade e Magnetismo

Transcrição

1 Princípios de Eletricidade e Magnetismo Engenharias 1

2 Ementa Eletrostática Carga Elétrica Condutores e Isolantes Processos de Eletrização Lei de Coulomb Campo Elétrico Potencial Elétrico Circuitos I Tensão Corrente elétrica Resistência Efeito Joule Lei de Ohm Equipamentos de bancada Circuitos elétricos Circuitos II Associação de Resistores; Leis das Malhas; Leis dos Nós Eletromagnetismo Imã/Bússola Lei de Faraday Lei de Lenz Força magnética Campo magnético Transformador 2

3 Bibliografia PAUL, Tipler A.; MOSCA, Gene. FÍSICA PARA CIENTISTAS E ENGENHEIROS: Eletricidade e Magnetismo, Ótica. 5. ed. Rio de Janeiro: LTC, v. WALKER, Jearl; HALLIDAY, David; RESNICK, Robert. Fundamentos de física: volume 3: eletromagnetismo. LTC, TIPLER, Paul A. Física: volume 2. LTC, GUSSOW, Milton. Eletricidade Básica. 2ª Edição

4 Calendário de Atividades CALENDÁRIO DE ATIVIDADES Atividade Pontuação Data Atividades Av. Casa 01/02 2 pontos 29/08; 19/09 Relatório Primeiro Laboratório 1 ponto 19/09/16 Primeira Avaliação 7 pontos 26/09/16 Atividades Av. Casa 03/04 2 pontos 17/10;21/11 Relatório Segundo Laboratório 1 ponto 17/10/16 Relatório Terceiro Laboratório 1 ponto 21/11/16 Segunda Avaliação 6 pontos 28/11/16 Avaliação Segunda Chamada 12/12 a 14/12 Exame Especial 19/12 a 22/12 4

5 Eletricidade Eletrostática: Aula 1 5

6 Átomos Toda matéria é constituída por átomos. Estrutura atômica Prótons (carga positiva) Nêutrons Elétrons (carga negativa) Átomo no estado natural: Número de prótons é igual ao número de elétrons. Equilíbrio elétrico 6

7 Átomos Número atômico (Z) É o número de prótons de um átomo. Número de massa (A) Número de prótons e nêutrons existentes no núcleo de um átomo Massa atômica Massa cuja unidade representa 1/12 da massa de um átomo de Carbono-12. Representação: Exemplos: 7

8

9 Átomos Núcleo atômico Os nêutrons e os prótons compõem o núcleo atômico e os elétrons se localizam na eletrosfera. Os prótons e os nêutrons possuem massa 2000 vezes maior que os elétrons. 9

10 Átomos Eletrosfera A eletrosfera é formada por camadas ou orbitas A última camada da eletrosfera é denominada camada de valência 10

11 Distribuição dos elétrons na eletrosfera Cada camada ou órbita de um átomo pode conter no máximo um determinado número de elétrons 11

12 Distribuição dos elétrons na eletrosfera 12

13 Eletrosfera Deslocamento de elétrons Quando aplicada energia externa, os elétrons presentes nas últimas camadas a absorvem e assumem um estado de excitação. Quando excitados, os elétrons se deslocam para camadas mais externas. Quando não existem camadas mais externas para se deslocarem, os elétrons se desprendem da eletrosfera. Dão origem aos elétrons livres. 13

14 Eletrosfera Deslocamento de elétrons 14

15 Materiais condutores e isolantes CONDUTORES Materiais que apresentam maior facilidade em perder elétrons Apresentam uma maior concentração de elétrons livres Exemplos: Cobre, ouro, prata, alumínio ISOLANTES Materiais que apresentam menor facilidade em perder elétrons Apresentam uma menor concentração de elétrons livres Exemplos: Borracha, vidro, cerâmica 15

16 Ionização dos corpos Como certos átomos são capazes de ceder elétrons e outros são capazes de receber, é possível produzir uma transferência de elétrons de um corpo à outro. Quando isso ocorre, um corpo apresentará excesso de prótons e o outro apresentará excesso de elétrons. Esse processo é denominado: Ionização dos corpos 16

17 Conservação da carga Após o processo de ionização, a soma da carga elétrica dos dois corpos permanece constante Lei da Conservação da Carga Elétrica É o principio em física que estipula que a carga elétrica não pode ser criada ou destruída. 17

18 Quantização da carga A carga elétrica em um corpo é dada pelo número de prótons ou número de elétrons em excesso A quantidade de carga elétrica de um corpo é dada por: Q = ± n e onde: Q é a quantidade de carga elétrica de um corpo n é o número de prótons ou elétrons em excesso e é a Carga Elementar Carga Elementar Carga, em Coulombs, de um elétron ou um próton: e = 1, C ou e + = +1, C Unidade SI é em Coulombs (C) 18

19 Exemplos Sabendo que um átomo no seu estado natural apresenta: nº prótons = nº elétrons Qual é a carga elétrica desse átomo? Um certo corpo apresenta uma carga de +50nC. Quantos elétrons foram transferidos (perdidos) para produzir esta carga, isto é, quantos prótons existem a mais que elétrons nesse corpo? 19

20 Lei das cargas elétricas Cargas iguais se repelem e cargas opostas se atraem. 20

21 Lei das cargas elétricas O que está acontecendo na situação ao lado? 21

22 Eletrização Processo capaz de provocar a ionização dos corpos Surgimento de cargas devida a diferença entre o número de prótons e elétrons em um corpo. Tipos de eletrização: Eletrização por atrito Eletrização por contato Eletrização por indução 22

23 Eletrização Eletrização por atrito Dois corpos de matérias diferentes. Um dos corpos perde elétrons e o outro os recebe. Surgimento de cargas opostas. 23

24 Eletrização Eletrização por atrito 24

25 Eletrização Eletrização por contato Troca de cargas devido o contato. Procuram se equilibrar. Surgimento de cargas com sinais iguais. 25

26 Eletrização Eletrização por contato 26

27 Eletrização Eletrização por indução Aproximação de um corpo carregado (indutor) de um corpo neutro (induzido). A formação de cargas depende do aterramento do corpo induzido. 27

28 Eletrização Eletrização por indução 28

29 Eletrização por Contato, Atrito e Indução Eletrização por Indução Ao se aproximar um objeto carregado negativa ou positivamente de uma superfície condutora, pode-se observar que as cargas de natureza oposta ao da barra serão atraídas e as iguais repelidas, conforme a animação abaixo: Exemplo: Eletrização de dois corpos carregados, gerando corpos com cargas distintas 2 o ) 4 o ) Agora os corpos foram colocados em contato um com o outro, 3 o formando ) um único corpo carregado. Os corpos foram afastados um dos outros, de maneira que volta- se a ter dois corpos com cargas distintos, ainda sobre efeito da barra. Uma barra negativamente carregada(com valor de carga superior ao dos corpos) é aproximada. Com isto, há a repulsão das cargas de mesma natureza e a atração com a natureza oposta 1 o ) 5 o ) Dois corpos carregados(neutros) equidistantes entre sim. Eles estão isolados do apoio pois, a base é de acrílico. Por fim, o bastão é removido, cessando a força de indução sobre as cargas, que novamente se distribuem na superfícies, gerando dois corpos com naturezas de cargas distintas

30 Exercício Considere quatro corpos inicialmente neutros: A, B, C e D. O corpo A tratase de um pedaço de seda, o corpo B é um bastão de vidro e os corpos C e D são compostos por um material desconhecido. Os corpos acima foram eletrizados da seguinte forma: 1. Os corpos A e B foram atritados; 2. O corpo B foi colocado em contato com o corpo C 3. O corpo C foi colocado próximo ao corpo D, que por sua vez foi aterrado. Qual a carga de cada um dos corpos no final do processo de eletrização? 30