Prof(a) Stela Maria de Carvalho Fernandes 1 FORÇA ELÉTRICA 1 Carga Elétrica Exemplo: Passe um pente, várias vezes, no cabelo limpo e seco ou esfregue continuamente uma caneta esferográfica na roupa e, em seguida, aproxime-o de pedacinhos de papel. O que acontece com os pedacinhos de papel? Como se explica esse tipo de fenômeno? Com o atrito no cabelo, o pente ficou eletrizado, isto é, o pente adquiriu uma propriedade física denominada carga elétrica. Logo, os pedaços de papel próximos ao pente eletrizado sofrem a sua influência e também ficam eletrizados (pelo processo de eletrização por indução). Então, o pente atrai pedacinhos de papel porque as cargas elétricas de ambos os corpos se atraem com forças denominadas elétricas. Cargas elétricas com mesmo sinal se repelem. Cargas elétricas com sinais contrários se atraem. 2 Condutores e Isolantes Um corpo ou meio material (sólido, líquido ou gasoso) é condutor de eletricidade quando as cargas elétricas podem mover-se com facilidade em seu interior, caso contrário, ele é denominado isolante ou dielétrico. Exemplo de condutores: cobre, alumínio, ferro, soluções de ácido, Terra, soluções de sal, etc. Exemplo de isolantes: vidro, borracha, parafina, água, vácuo, etc. 3 Eletrização Um corpo está eletrizado quando o número de elétrons (n e ) é diferente do número de prótons (n p ). Um corpo está carregado positivamente: se n p > n e negativamente: se n e > n p
Prof(a) Stela Maria de Carvalho Fernandes 2 Um corpo está eletricamente se n p = n e neutro - Eletrização por atrito Atritando-se entre si, dois corpos isolantes A e B, os elétrons são forçados a passar de um corpo a outro. O corpo que perdeu elétrons fica carregado positivamente, enquanto o outro, que ganhou elétrons, fica carregado negativamente.
Prof(a) Stela Maria de Carvalho Fernandes 3 - Eletrização por contato Quando um corpo eletrizado positivamente é colocado em contato com um condutor inicialmente neutro, as cargas positivas do corpo eletrizado atraem elétrons livres do corpo neutro, que então passam para o corpo eletrizado. Dessa forma, o condutor neutro fica com deficiência de elétrons e, portanto, carregado positivamente. Em um corpo eletrizado negativamente, os elétrons livres em excesso repelem-se mutuamente. Quando esse corpo é colocado em contato com um condutor neutro, alguns desses elétrons em excesso passam para o condutor neutro. Dessa forma, o condutor neutro fica com excesso de elétrons e, portanto, carregado negativamente. No processo de eletrização por contato, verificamos que: Após o contato, o corpo neutro fica eletrizado com cargas elétricas de mesmo sinal que as do corpo carregado.
Prof(a) Stela Maria de Carvalho Fernandes 4 - Eletrização por indução Um processo importante de eletrização chama-se indução. Colocando-se um corpo A eletrizado positivamente nas vizinhanças (sem tocar) de um corpo condutor B neutro, as cargas positivas de A atraem negativas (elétrons livres) de B. Portanto, uma parte de B fica carregada negativamente, e a outra parte, mais afastada de A e com falta de cargas negativas, fica carregada positivamente. Se o corpo A estiver eletrizado negativamente, as cargas negativas (elétrons livres) de B serão repelidas, assumindo as seguintes configurações: Portanto, no processo de eletrização por indução, há separação de cargas do condutor, isto é, uma parte do condutor fica eletrizada positivamente, enquanto a outra parte fica eletrizada negativamente.
Prof(a) Stela Maria de Carvalho Fernandes 5 Observação: O corpo A das figuras chama-se indutor, e o corpo B, induzido. Nas figuras anteriores, se mantivermos o corpo A próximo de B e ligarmos B à Terra através de um fio condutor, pode acontecer o seguinte: a)se A é positivo, os elétrons da Terra sobem e neutralizam as cargas positivas de B. O corpo B fica carregado negativamente. b)se A é negativo, as cargas negativas de B escoam para a Terra. O corpo B fica carregado positivamente. EXERCÍCIOS 1 Assinale as afirmações corretas: a)a carga elétrica do prótons é igual à do elétron com sinal trocado. b)o neutron possui carga elétrica c)o elétron atrai o neutron d)cargas de sinais iguais se repelem e)cargas de sinais contrários se atraem, somente, quando colocadas em contato f)se o átomo de urânio possui, normalmente, 92 prótons e 92 elétrons, ele está eletricamente neutro
Prof(a) Stela Maria de Carvalho Fernandes 6 2 Num certo corpo, o número total de prótons é maior que o número total de elétrons. Esse corpo está: a)eletrizado negativamente b)eletrizado positivamente c)eletricamente neutro d)nada se pode afirmar 3 Você aprendeu que existem três processos de eletrização: por atrito, por contato e por indução. Em quais dos processos há passagem de cargas elétricas de um corpo para outro durante a eletrização? 4 Na eletrização por indução: a)há passagem de cargas do indutor para o induzido b)há passagem de cargas do induzido para o indutor c)a passagem de cargas dependerá do sinal da carga do indutor d)há separação das cargas no induzido, devido à presença do indutor e)nda 5 Quando um bastão eletricamente carregado atrai uma bolinha condutora A, mas repele uma bolinha condutora B, conclui-se que: a)a bolinha B não está carregada b)ambas as bolinhas estão carregadas igualmente c)ambas as bolinhas podem estar descarregadas d)a bolinha B deve estar carregada positivamente e)a bolinha A pode não estar carregada 6 Considere um pêndulo elétrico com a esfera neutra. O que acontece com a esfera quando um corpo carregado: a)é encostado nela? b)é aproximado dela, sem tocá-la?
Prof(a) Stela Maria de Carvalho Fernandes 7 - Pêndulo Elétrico É um dispositivo que serve para detectar a presença de cargas elétricas. Constitui-se de uma esfera pequena e leve, em geral de cortiça, revestida com um material condutor e suspensa a um suporte por meio de um fio de material isolante, como seda ou náilon. Se colocarmos um corpo eletrizado positiva ou negativamente em contato com a esfera neutra, ela adquire cargas elétricas de sinal igual ao do corpo carregado. Portanto sempre há repulsão. Se aproximarmos, SEM TOCAR, um corpo eletrizado positiva ou negativamente da esfera inicialmente neutra, a superfície voltada para ele adquire cargas elétricas de sinal contrário ao do corpo carregado. Portanto a esfera é sempre atraída. Conclusão: Quando um corpo eletrizado é encostado em um corpo neutro, ocorre REPULSÃO Quando um corpo eletrizado é aproximado de um corpo neutro, sem ser encostado, ocorre ATRAÇÃO.
Prof(a) Stela Maria de Carvalho Fernandes 8 4 Lei de Coulomb As cargas elétricas exercem forças entre si, denominando-se interações elétricas as ações mútuas que ocorrem entre elas. As forças entre cargas elétricas manifestam-se sem que sejam colocadas em contato, isto é, elas agem à distância. Por esta razão, as forças elétricas são chamadas forças de campo. Para as interações elétricas vale o princípio da ação e reação, isso é, se a carga Q exerce uma força F sobre outra carga q,esta reage sobre Q com a mesma força mas de sentido oposto. Um corpo eletrizado recebe o nome de carga pontual ou puntiforme quando suas dimensões são desprezíveis em relação a outras envolvidas no fenômeno elétrico em estudo. Estudos experimentais realizados pelo físico francês Charles Augustin de Coulomb (1736-1806) demonstram que: Duas cargas elétricas puntiformes exercem forças entre si que são diretamente proporcionais ao produto de suas cargas e ao inverso do quadrado da distância que as separa. Matematicamente: F = k Qq 2 r sendo r a distância entre as cargas Q e q. A constante de proporcionalidade k denomina-se constante do meio. O valor depende do meio (vácuo, ar, etc) em que se encontra as cargas Q e q.
Prof(a) Stela Maria de Carvalho Fernandes 9 - Unidade de força e de carga elétrica No SI de unidades: A força é medida em Newton (N) A carga elétrica é medida em Coulomb (C) No SI e no vácuo k = 9 10 9 N m C 2 2 Observações: O valor de k no ar é praticamente igual ao no vácuo. 1 milicoulomb (mc) = 10-3 C 1 microcoulomb (µc) = 10-6 C 1 nanocoulomb (nc) = 10-9 C - Carga elementar A menor carga elétrica encontrada na natureza é a do elétron e do próton, pois ambos têm cargas iguais em valor absoluto: carga do e - = -1,6 x 10-19 C carga do p = 1,6 x 10-19 C Denomina-se carga elementar o valor absoluto da carga do elétron e a do próton, isto é: e = 1,6 x 10-19 C
Prof(a) Stela Maria de Carvalho Fernandes 10 EXERCÍCIOS 1 Duas cargas elétricas puntiformes Q= +10µC e q = -2µC estão situadas no vácuo e separadas por uma distância de 20cm. Qual é a intensidade da força de interação? 2 Duas esferas metálicas pequenas e idênticas estão situadas no ar e possuem cargas elétricas 2C e 6C. Se colocarmos estas esferas em contato e depois as separarmos a uma distância de 3m uma da outra, qual será a intensidade da força de repulsão entre elas? 3 Duas cargas elétricas puntiformes positivas e iguais a Q estão situadas no vácuo a 2m de distância. Sabe-se que a força de repulsão mútua tem intensidade de 0,1N. Calcule Q. É dado k = 9 x 10 9 Nm 2 /C 2.