Curso Técnico em Mecânica - 2016 ELETRICIDADE Aula 02 Noções de elestrostática Prof. Dra. Giovana Tripoloni Tangerino https://giovanatangerino.wordpress.com giovanatangerino@ifsp.edu.br giovanatt@gmail.com
Átomo/elemento/molécula Todos os corpos são constituídos de moléculas e átomos. Átomo Menor porção em que se pode dividir a matéria São compostos de minúsculas partículas As principais partículas atômicas são: próton, elétron e nêutron. Elemento É uma substância feita de átomos de um tipo Tabela periódica Molécula É formada quando átomos do mesmo ou diferentes elementos se combinam. É a menor partícula de uma substância. Ex: oxigênio, água
Tabela periódica
Átomo Núcleo: prótons e nêutrons Eletrosfera: elétrons - Núcleo: 0,01% do diâmetro do átomo - A massa do próton é cerca de duas mil vezes maior que a massa do elétron Prótons e elétrons possuem carga elétrica com características opostas Próton: + elétron: - Os átomos são, em princípio, eletricamente neutros: A quantidade de carga que o elétron carrega é igual em módulo à quantidade de carga que o próton carrega. Íons: quantidade de elétrons diferente da quantidade de prótons O número de prótons é constante! O que muda é quantidade de elétrons inseridos ou retirados. O átomo é neutro quando o número de elétrons é igual ao número de prótons. O átomo está ionizado quando o número de elétrons é diferente do número de prótons. Ânion: Átomo ionizado negativamente (elétrons em excesso) Cátion: Átomo ionizado positivamente (falta de elétrons)
Princípio fundamental da eletrostática (ou Princípio da atração e repulsão): Cargas elétricas de sinais contrários se atraem e cargas de mesmo sinais se repelem No átomo, os prótons atraem os elétrons das órbitas em direção ao núcleo Como os elétrons realizam um movimento circular em torno do núcleo, surgem neles forças centrífugas de mesma intensidade, mas em sentido contrário, anulando as forças de atração, mantendo os elétrons em órbita.
CARGA ELÉTRICA E COULOMB A carga elétrica fundamental é simbolizada pela letra q e sua unidade de medida é o coulomb [C] É a menor quantidade de carga elétrica possível de existir. É a carga que um elétron carrega. Um elétron possui a carga elétrica (em módulo): q e = 1C 6,25.10 18 = 1,6. 10 19 C Seja um corpo neutro do qual retiramos uma quantidade bem definida de elétrons: 6,25.10 18. Nessas condições, dizemos que o corpo fica positivo e com uma carga de 1C. Seja um corpo neutro do qual inserimos uma quantidade bem definida de elétrons: 6,25.10 18. Nessas condições, dizemos que o corpo fica negativo e com uma carga de -1C. *Um coulomb é definido como a quantidade de carga elétrica que atravessa, em um segundo, a seção transversal de um condutor percorrido por uma corrente igual a 1 ampère.
CONDUTORES E ISOLANTES Condutor: qualquer material que sustenta um grande fluxo de carga ao se aplicar, através de seus terminais, uma fonte de tensão de amplitude limitada. Isolante: material que oferece um nível muito baixo de condutividade quando submetido a uma fonte de tensão. Semicondutor: material que tem um nível de condutividade entre os extremos de um isolante e de um condutor.
CONDUTORES São materiais que possuem em seu interior portadores de cargas livres (elétrons livres) permitem a movimentação ordenada de cargas elétricas (corrente elétrica) em seu interior. Podem ser sólidos, líquidos e gasosos (diferem do tipo de portador de carga) Materiais condutores, como os metais, em função dos elétrons livres em sua última camada eletrônica são capazes de interagir eletricamente e possuem tendência ao equilíbrio eletrostático. Ex líquidos: solução de água com sal (NaCl), Ocorre uma dissociação da molécula de cloreto de sódio (NaCl), em íons Na+ e Cl-, que ficam livres pra se movimentas pelo interior da solução. Ex sólidos: metais, como cobre e alumínio. Em certos metais, os elétrons que giram na última órbita estão fracamente presos ao átomo: elétrons livres.
ISOLANTES Não permitem a passagem de uma corrente elétrica Não possuem portadores de cargas livres Os elétrons da última camada estão fortemente presos ao átomo Ex: ar, vidro, mica, fenolite, baquelite, borracha, porcelana, água pura, etc.
ELETRIZAÇÃO/ELETROSTÁTICA Eletrizar um corpo significa colocar elétrons em um corpo, ou retirar dele. Ou seja, podemos eletrizar um corpo com carga Q por meio da ionização dos seus átomos Corpo eletrizado: Um corpo está eletrizado quando houver um desequilíbrio entre o número de prótons e o número de elétrons dos átomos desse corpo. A quantidade de carga adquirida pelo corpo depende do número de elétrons retirados ou colocado no corpo.
ELETRIZAÇÃO POR ATRITO Atritando dois materiais isolantes diferentes, o calor gerado pode ser suficiente para transferir elétrons de uma material para o outro, ficando ambos os materiais eletrizados, sendo um positivo (o que cedeu elétrons) e outro negativo (o que recebeu elétrons). É necessário que os corpos sejam de materiais diferentes e isolantes. Os isolantes possuem forte energia de ligação com seus elétrons, o que dificulta a transferência. A forma mais eficiente de eletrizar um isolante é através do atrito. Os corpos ficam eletrizados só nos pontos de contato. Exemplos: Seda e plástico Lã e ebonite Vidro e lã Choque ao descer do carro: eletrização pelo atrito entre nossa roupa e o banco do automóvel
ELETRIZAÇÃO POR CONTATO Se um corpo eletrizado negativamente é colocado em contado com outro neutro, o excesso de elétrons do corpo negativo será transferido para o neutro até que ocorra o equilíbrio eletrostático. Assim o corpo fica eletrizado negativamente. Equilíbrio eletrostático não significa que os corpos têm cargas iguais, mas que têm potenciais elétricos iguais.
ELETRIZAÇÃO POR INDUÇÃO Aproximando um corpo eletrizado positivamente de um corpo condutor neutro isolado, os seus elétrons livres serão atraídos para a extremidade mais próxima do corpo positivo. Dessa forma, o corpo neutro fica polarizado, ou seja, com excesso de elétrons numa extremidade (polo negativo) e falta de elétrons na outra (polo positivo). Aterrando o polo positivo desse corpo, ele atrairá elétrons da terra, até que essa extremidade fique novamente neutra. Desfazendo o aterramento e afastando o corpo com carga positiva o corpo inicialmente neutro fica eletrizado negativamente. A transferência de carga por indução é facilitada em condutores.
ELETRIZAÇÃO POR INDUÇÃO
PREFIXOS NUMÉRICOS Tera (T) = 10 12 Giga (G) = 10 9 Mega (M) = 10 6 Kilo (k) = 10 3 Mili (m) = 10-3 Micro (μ) = 10-6 Nano (n) = 10-9 Pico (p) = 10-12
BIBLIOGRAFICA BÁSICA ALBUQUERQUE, R.O. Análise de circuitos em corrente contínua. 21 ed. Editora Érica Ltda, 2009. ALBUQUERQUE, R.O. Análise de circuitos em corrente alternada. 2 ed. Editora Érica Ltda, 2006. CREDER, H. Instalações elétricas. 15 ed. LTC, 2007. BIBLIOGRAFICA COMPLEMENTAR LOURENÇO, A.C.; CRUZ, E.C.; CHOUERI JR., S. Circuitos em corrente contínua. 11 ed. Editora Érica Ltda, 2004. FRANCHI, C.M. Acionamentos elétricos. 4 ed. Érica, 2007.