Sejam todos bem-vindos! Física III Prof. Dr. Cesar Vanderlei Deimling
O segundo semestre O plano de ensino Bibliografia:
A natureza e os tipos de carga Tipos de materiais Força entre cargas elétricas (A Lei de Coulomb) A quantização da carga elétrica A conservação da carga elétrica
Tales de Mileto (640 540 ac) Verificou que, ao esfregar um âmbar a um pedaço de pele de carneiro, observou que pedaços de palhas e fragmentos de madeira começaram a ser atraídas pelo próprio âmbar. (origens da eletrostática) Constatou que pequenas pedrinhas tinham a capacidade de atrair, tanto objetos de ferro, quanto a de atraírem-se. (origens do magnetismo) Hans Christian Oersted (1777-1851) Descobriu que uma corrente elétrica em um fio é capaz de mudar a direção da agulha de uma bussola. (origens do eletromagnetismo)
Partículas que constituem os átomos Neutron (n) : m = 1.67510-27 kg; q = 0 Próton (p) : m = 1.67310-27 kg; q = e + = +1.60210-19 C Elétron (e) : m = 9.1110-31 kg; q = e - = -1.60210-19 C Átomo Neutro: N de prótons = N de elétrons Íon Positivo: N de prótons > N de elétrons Íon Negativo: N de prótons < N de elétrons A ionização é o processo na qual os átomos perdem ou ganham elétrons.
Cargas de mesmo sinal se repelem e cargas de sinais opostos se atraem! Repulsão Atração
Tipos de materiais Condutores: Compõe a classe de materiais que possuem elétrons livres na banda de condução. Esses elétrons não estão ligados a um núcleo especifico de um átomo. Exemplo: Metais. Implicações: Concentração de cargas na superfície externa. Corrente elétrica: i i q / t i dq / Não condutores: também conhecidos por isolantes, são materiais nos quais os elétrons da banda de valência estão ligados aos núcleos e por isso não se movem com facilidade. Exemplos: Borrachas, plásticos, água destilada, vidro. Semicondutores: são materiais que possuem propriedades intermediarias entre os metais e os isolantes como o silício e o germânio. Supercondutores: são materiais que, em determinadas condições, apresentam duas características simultaneamente: resistência elétrica nula e o diamagnetismo perfeito. dt i [ C / s] [ A]
Processo de eletrização: atrito, indução e contato + + + B + +
Processo de eletrização: atrito, indução e contato Nos materiais isolantes, as moléculas do material são polarizadas (separação de cargas negativas e positivas em uma molécula) em decorrência da proximidade das cargas do bastão.
Quantização da carga Todas as cargas observáveis ocorrem em múltiplos inteiros da carga e ; carga do elétron. q ne n 1,2,3... e 1,602x10 19 C
Conservação da carga Quando friccionamos um bastão de vidro com um pedaço de seda, o bastão fica positivamente carregado. As medidas mostram que uma carga negativa de mesmo valor absoluto ao do bastão se acumula na seda. Isso sugere que o processo não cria cargas, apenas transfere cargas de um corpo para outro. (92) (90) + (2)
Lei de Coulomb (Força Elétrica)
y Exemplo 1: Determinar as componentes da força conforme o esquema abaixo. q 2 F y r F kq1q 2 r 12 2 rˆ q 1 F 12 x K = 8,99x10 9 Nm 2 /C 2 F x kq1q2 kq q F cos iˆ 1 2 12 sen 2 2 r r ˆj rˆ cosiˆ senˆj Fx Fy
21.1-) c) pg. 8 Exemplos Uma partícula 4, com carga q 4 = -3,2x10-19 C está a uma distância 3R/4 da partícula 1 que está na origem. A partícula 4 está sobre uma reta que faz um ângulo θ = 60 com o eixo x. Outra partícula q 2 é colocada sobre o eixo x a uma distância R da origem. Determine F 1tot sobre a partícula 1 devido a q 2 e q 4. Dados: q 1 = 1,60*10-19 C, q 2 = 3,2*10-19 C e R = 2 cm. Resposta: (1,78x10-24 N; 94 ) R
Lei de Coulomb Na presença de mais de uma carga... F1 total F12 F13 F14... F1 n Distribuição contínua de carga em uma casca esférica:
Distribuição contínua de carga em uma casca esférica: q 2 q 1 Exemplo: Uma cascas esférica grande, de carga q 2 positiva e raio r = z é concêntrica a oura casca esférica menor q 1 negativa de raio r = w. Considerando que a distribuição de cargas é contínua e uniforme ao longo das esferas, determine algebricamente a força que uma carga q positiva quando ela ocupa a posição c, interior às duas cascas (c > w), posição b (entre as duas cascas), e também a posição a externa às duas cascas. Entre as duas cascas: Externa às duas cascas: No interior das duas cascas a força que a partícula q sente é nula! F = kq 1q b 2 r F = kq 2q a 2 kq 1q a 2 r
Exemplos Exemplo 21.2) pg. 10 A figura a abaixo mostra duas partículas fixas: uma partícula de carga q 1 = +8q na origem e uma partícula de carga q 2 = -2q em x = L. Em que ponto (que não esteja a uma distância infinita das cargas) um próton pode ser colocado de modo a ficar em equilíbrio (sem estar submetido a nenhuma força)? Este equilíbrio é estável ou instável? Resposta: x = 2L
Lista de Exercícios Cap. 21 8ª ed. 3, 5, 6, 7, 9, 11, 15, 17, 21, 27, 31, 33, 54 e 60 Lista de Exercícios Cap. 21 9ª ed. 1-7 - 10-5 - 9-7 - 13-15 - 23-25 - 33-29 - 42 e 62 Referências HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; WALKER, J.; Fundamentos de Física: Eletromagnetismo. 8 a ed. Rio de janeiro: LTC, 2009. v3. TIPLER, P. A.; Física para Cientistas e Engenheiros. 4a ed, LTC, 2000. v2. SEARS, F.; ZEMANSKY, M.W.; YOUNG, H.; FREEDMAN, R.A.; Física: Eletromagnetismo. 12a ed. São Paulo: Pearson Addison Wesley, 2008. v3.