Eletrostática
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Eletrostática Eletrostática Presentation Transcript

  • Eletrostática
    Professor Joabe
    • Carga elétrica
    • Condutores e isolante (dielétrico)
    • Processos Eletrização: Por atrito, Por indução, Por contato, Por aquecimento e Por pressão
    • Lei de Coulomb
    • Quantização da carga elétrica
    • Eletroscópio
    • Campo elétrico
  • Eletrostática
    Experimentos;
    Garrafa pet, canudinho, papel higiênico, alfinete
    Gerador Van de Graaff
    G.V. Torre com cabeleira
    G.V. Eletroscópio de folha e pendulo
    G.V. Hélice (torniquete) ionização
    G.V. lâmpadas na presença do campo
    G.V. Linha de campo retro-projeto
    G.V. descarga elétrica (pequenos raios no escuro)
    G.V. potencial elétrico – multimetro e ponta de prova
    G.V. garrafa de leyden
  • Portadores de Cargas
    Os portadores de carga elétrica são: elétrons - que transportam carga negativa
    Íons - Cátions transportam cargas
    positivas
    Ânions cargas negativas
  • Condutores elétricos
    São materiais que apresentam portadores de cargas elétricas (elétrons ou íons) quase livres, o que facilita a mobilidade dos mesmos em seu interior. São considerados bons condutores, materiais com alto número de portadores de cargas elétricas livres e que apresentam alta mobilidade desses portadores de cargas elétricas.
  • Isolantes ou dielétricos
    Os materiais isolantes se caracterizam por não apresentar portadores de cargas elétricas livres para movimentação. Nesses materiais, a mobilidade dos portadores de cargas elétricas é praticamente nula, ficando os mesmos praticamente fixos no seu interior. Exemplos: borracha, madeira, água pura, etc
  • PRINCÍPIO ELETROSTÁTICO
    PRÍNCIPIO DE ATRAÇÃO E REPULSÃO
    +
    +
    F
    F
    -
    -
    F
    F
    -
    +
    F
    F
  • Cargas elétricas de mesmo sinal se repelem e as de sinais opostos se atraem
  • Processos de eletrização
  • Por atrito  
    Foi o primeiro processo de eletrização conhecido. Quando duas substâncias de naturezas diferentes são atritadas, ambas se eletrizam.
  • Eletrostática
    Características da eletrização por atrito:
    • Corpos de naturezas diferentes;
    • Após a eletrização corpos adquirem cargas de sinais opostos;
    QLã = - QVidro
  • Por indução
    Quando um corpo neutro é colocado próximo de um corpo eletrizado, sem que haja contato entre eles, o corpo neutro se eletriza. Esse fenômeno é chamado indução eletrostática.
  • Eletrostática
    Característica da eletrização por indução:
    Necessidade de indutor previamente eletrizado (INDUTOR).
  • Por contato
     Quando um corpo neutro é colocado em contato com um corpo eletrizado o corpo neutro se eletriza
  • Eletrostática
    (Conservação da quantidade de Carga)
    Características da eletrização por contato:
    • Necessidade de um corpo previamente eletrizado;
    • Após o contato corpos adquirem cargas de mesmo sinal;
  • Eletrostática
    OBS1: Caso Especial
    • Corpos Idênticos: As cargas se distribuem uniformemente
  • Eletrostática
    Fio Terra
    Fio Terra
    O Fio Terra
    ->Quando um corpo eletrizado é ligado á Terra por um caminho condutor ele se descarrega
    Q < 0
    Q > 0
  • Eletrostática
    A série triboelétrica  foi criada pra 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.
  • Pele humana secaCouroPele de coelhoVidroCabelo humanoFibra sintética (nylon)LãChumboPele de gatoSedaAlumínioPapelAlgodãoAçoMadeiraÂmbarBorracha duraNíquel, Cobre,Latão, Prata,Ouro, Platina,PoliésterIsoporFilme PVC ('magipack')PoliuretanoPolietileno ('fita adesiva')PolipropilenoVinil (PVC)SiliconeTeflon
    Séries triboelétricas
    -
    +
    Vidro cabelo Lã Seda Algodão Madeira Âmbar Enxofre Metais
    Inseto no âmbar Anéis de platina
  • Eletrostática
    -
    +
    Série Triboelétrica
    ... vidro, lã, pele de ovelha, seda, algodão, âmbar, enxofre, ...
    Exemplo:
    Seda x Âmbar
    Seda x Vidro
     Seda (+) e Âmbar (-)
     Seda (-) e Vidro (+)
  • Exercício
    Dada a série triboelétrica: vidro – lã – algodão – enxofre, e estando inicialmente neutros, podemos afirmar que:
    a) atritando vidro com enxofre, ambos adquirem cargas positivas.
    b) atritando lã com algodão, ambos adquirem cargas negativas.
    c) atritando vidro com algodão, o vidro adquire carga negativa e o algodão carga positiva.
    d) atritando lã com enxofre, a lã adquire carga positiva e o enxofre carga negativa.
    e) atritando vidro com lã, o vidro adquire carga negativa e a lã carga positiva.
  • PRÍNCIPIO DE CONSERVAÇÃO DA CARGA ELÉTRICA
    Carga elétrica não se cria, não se perde, apenas se transfere
    Num sistema eletricamente isolado, a soma das cargas elétricas é constante.
  • Q
    = 3C
    Q
    = -5C
    1
    2
    -
    -
    -
    +
    +
    +
    1
    2
    2
    +
    Q
    !
    Q
    !
    1
    +
    Q
    Q
    =
    Q
    !
    Q
    !
    2
    1
    DEPOIS DO CONTATO
    ANTES DO CONTATO
    +
    2
    -2C
    -1C
    =
    Q
    Q
    1
    3C+(-5C)
    =
    Q
    !
    Q
    !
    =
    =
    =
    1
    2
    2
    2
    2
    2
    1
    Q
    !
    Q
    !
    =
    -1C
    =
  • Eletrostática - EXERCÍCIOS
    1) (PUC-SP) Duas esferas A e B, metálicas e idênticas, estão carregadas com cargas respectivamente iguais a 16C e 4C. Uma terceira esfera X, metálica e idêntica às anteriores, está inicialmente descarregada. Coloca-se X em contato com A. Em seguida, esse contato é desfeito e a esfera X é colocada em contato com B. Supondo-se que não haja troca de cargas elétricas com o meio exterior, a carga final de X é de:
    8 C b) 6 C c) 4 C
    d) 3 C e) nula
  • Resposta:
    1º QA + QX = 16 + 0 = 8C ->Q’A + Q’X= 8C
    2 2
    2º QB + Q’X = 4 + 8 = 6C ->Q’B + Q’’X= 6C
    2 2
    Portanto: Q’’X= 6C
  • 2) Duas esferas condutoras idênticas A e B têm cargas elétricas respectivamente iguais a QA = – 4Q e QB = + 14Q. Quais serão suas cargas elétricas finais, após terem sido colocadas em contato?
    Resolução: Sendo suas cargas elétricas finais Q’A e Q’B iguais, pois eles são idênticos (mesmas dimensões), e pelo princípio da conservação das cargas elétricas, temos:
    Q’A + Q’B = QA + QB = – 4Q + 14 Q = + 10Q = + 5Q
    2 2 2
  • Quantidade de carga elétrica
    𝟏𝟎−𝟏𝟗
     
    C
    𝟏𝟎−𝟏𝟗
     
    C
    Onde:
    Q é a quantidade de carga elétrica
    N é o número de partículas e
    eé a carga elementar
  • Exemplo 1
    Um corpo neutro ganha 2●1012 elétrons. Qual é a nova carga desse corpo?
     
    Q = n ∙𝒆
     
    Q= 2●1012●1,6●10−19
     
    Q= 3,2●𝟏𝟎−𝟕 C
     
    -
  • Exemplo 2
    Um bloco de ferro inicialmente neutro perde 15●1020 elétrons. Qual é a nova carga desse corpo?
     
    Q = n ∙𝒆
     
    Q= 15●1020●1,6●10−19
     
    Q= 24●𝟏𝟎
     
    +
    Q= 240 C
  • Exemplo 3
    Uma esfera está inicialmente com 5●106 prótons em excesso, quando ganha 2●106 elétrons. Qual é a nova carga desse corpo?
     
    Q = n ∙𝒆
     
    Q= (+5●106−2●106)●1,6●10−19
     
    Q= +3●𝟏𝟎𝟔●1,6●𝟏𝟎−𝟏𝟗
     
    +
    Q= 4,8●10−13C
     
  • Lei de Coulomb
    Charles Coulomb mediu as forças eléctricas entre duas pequenas esferas carregadas
    Ele descobriu que a força dependia do valor das cargas e da distância entre elas
  • LEI DE COULOMB
    Q
    Q
    1
    2
    F
    F
    +
    +
    d
    Q
    Q
    1
    -
    2
    -
    F
    F
    d
    Q
    Q
    2
    1
    -
    F
    F
    +
    d
  • F
    z
    K=Constate eletrostática
    Q
    Q
    =
    .
    K
    1
    2
    1
    K
    Q
    Q
    1
    .
    .
    F
    =
    1
    2
    2
    d
    2
    d
    K
    Q
    Q
    .
    .
    F
    =
    1
    2
    2
    d
  • Q
    Q
    K
    Q
    Q
    2
    .
    1
    .
    F
    =
    d
    1
    2
    +
    +
    2
    d
    1
    Q
    Q
    1
    2
    K
    Q
    Q
    14
    2d
    .
    .
    F
    =
    +
    +
    1
    2
    d
    2
    Q
    Q
    1
    2
    19
    K
    Q
    Q
    3d
    .
    .
    F
    =
    +
    +
    1
    d
    2
    3
    F
    =
    F
    =
    1/4F
    1/9F
    3
    2
    1
    1
  • Q
    Q
    K
    Q
    Q
    2
    1
    .
    .
    =
    F
    d
    1
    +
    +
    d
    2
    1
    Q
    Q
    1
    2
    Q
    Q
    4.K
    d/2
    .
    .
    F
    =
    +
    +
    1
    d
    2
    2
    Q
    Q
    2
    1
    9.K
    Q
    Q
    d/3
    .
    .
    F
    =
    +
    +
    1
    2
    2
    d
    3
    F
    =
    F
    =
    4F
    9F
    3
    2
    1
    1
  • Q
    Q
    K
    Q
    Q
    2
    .
    1
    .
    F
    =
    d
    1
    2
    +
    +
    2
    d
    1
    2Q
    Q
    2
    1
    2K
    Q
    Q
    d
    .
    .
    +
    F
    =
    +
    2
    1
    2
    d
    2
    3Q
    Q
    2
    1
    d
    3K
    Q
    Q
    +
    +
    .
    .
    F
    =
    2
    1
    d
    2
    3
    F
    =
    F
    =
    2F
    3F
    3
    2
    1
    1
  • F
    F
    +
    +
  • Campo elétrico
  • TRABALHO DA FORÇA ELÉTICA
    Q
    > 0
    q
    > 0
    F
    +
    +
    SENTIDO NATURAL DO DESLOCMENTO

    >0
    Q
    > 0
    q
    < 0
    F
    +
    +
    SENTIDO NATURAL DO FORÇADO

    <0
  • A
    C
    B



    =
    =
    C
    B
    A
    O Trabalho não depende da trajetória.
  • Q
    q
    F
    B
    d
    A
    d
    A

    AB
    F.d
    AB
    =
    AB

    q.K Q.(1 – 1)
    =
    AB
    d
    d
    A
    B
  • Q
    q
    F

    B
    d
    A
    d
    A
    AB
    0

    q.K Q.(1 – 1)
    =

    A
    d
    d
    A
    B

    q.K .Q
    Podemos afirmar que esse é o maior trabalho da força elétrica, para deslocar uma carga do ponto A até o infinito
    =

    A
    d
    A
  • ENERGIA PONTENCIALELÉTRICA


    0
    =
    q.K Q.(1 – 1 )
    q.K .Q

    A
    =

    A
    d
    d
    A
    d
    B
    A
    Sendo EpB = 0 por considerar o infinito como referencial

    0
    E
    E
    -
    =

    A
    P
    P
    A
    B

    E
    q.K .Q
    E
    =
    =

    A
    P
    P
    A
    A
    d
    A
  • POTENCIAL ELÉTRICO
    A grandeza escalar potencial elétrico é definida como a energia potencialelétrica por unidade de carga.Colocando-se uma carga q num ponto A de um campo elétrico de uma carga puntiforme Q, adquire uma energia potencial elétrica EpA. A relação potencial, energia potencial elétrica e carga é:
  • E
    q.K .Q
    E
    =
    P
    V
    A
    =
    q
    P
    A
    A
    d
    A
    q.K .Q
    d
    E
    A
    K .Q
    =
    P
    V
    =
    A
    =
    d
    q
    q
    A
    A
    1V
    K .Q
    1 joule
    1 volt
    V
    =
    =
    =
    d
    A
    1coulomb
    A
  • POTENCIAL DE VÁRIAS CARGAS
    Q1
    d1
    Q2
    P
    d2
    d3
    VP=
    V1 +
    V2 +
    V3
    Q3
    O POTENCIAL NUMA REGIÃO SOBRE A INFLUÊNCIA DE VÁRIOS CAMPOS É A SOMA DOS POTENCIAIS ELÉTRICOS GERADO POR ESSES CAMPOS
  • DIFERENÇA DE POTENCIAL (U)
    Q
    q
    F
    B
    A
    d
    AB


    E
    E
    -
    q.VA -
    q.VB
    =
    =
    A
    B
    P
    A
    P
    B
    A
    B
    {
    E
    =
    q.VA

    P
    q.(VA -
    VB)
    A
    =
    A
    E
    B
    =
    q.VB
    P
    B
  • DIFERENÇA DE POTENCIAL (U)

    q.(VA -
    VB)
    =
    A
    B
    UAB
    É chamado de diferença de potencial elétrica entre os pontos A e B (ddp) ou tensão elétrica entre os pontos A e B.

    AB
    U
    =
    q
  • VARIAÇÃO DO POTENCIAL AO LONGO DE UMA LINHA DE FORÇA
    Q
    A
    B
    C
    +
    Como dA<dB<dc, temos: VA >VB>VC
    K .Q
    V
    =
    d
    Percorrendo uma linha uma linha de força no seu sentido, encontramos sempre pontos de menor potencial.
    VA >VB>VC
    A
    B
    C
  • VARIAÇÃO DO POTENCIAL AO LONGO DE UMA LINHA DE FORÇA
    Q
    A
    B
    C
    -
    Como dA <dB<dc, temos: VA>VB>VC
    K .Q
    V
    =
    d
    Percorrendo uma linha de força no seu sentido, encontramos sempre pontos de menor potencial.
    VA >VB >VC
    A
    B
    C
  • DIFERENÇA DE POTENCIAL NUM CAMPO ELÉTRICO UNIFORME

    E
    q.(VA -
    VB)
    =
    A
    B
    F
    UAB
    q

    q.E.d
    =
    A
    d
    B
    q.E.d
    q.(VA -
    VB)
    VA
    =
    VB
    UAB=
    E.d
  • SUPEFÍCIE EQUIPOTENCIAL
    Numa superfície equipotencial as linhas de força são sempre perpendiculares às superfícies equipotenciais.
    VB
    VA
    VB
    VA