Eletrostática fundamentos

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Aula sobre fundamentos de Eletrostática

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Eletrostática fundamentos

  1. 1. Professor Marco Antonio
  2. 2. Estudo do comportamento das cargas elétricas em repouso!
  3. 3. O átomo possui duas regiões distintas: núcleo e eletrosfera (região ao redor desse núcleo). São muitas as partículas que compõem um átomo, porém apenas três delas interessam: prótons, nêutrons e elétrons.
  4. 4. Existem vários modelos de átomo. Didaticamente, adotaremos o modelo de Rutherford e Böhr (por volta de 1913) para os nossos estudos da Eletricidade, conforme o esquema a seguir. A palavra eletricidade vem do estudo de fenômenos ligados a uma partícula da estrutura do átomo chamada elétron.
  5. 5. É o termo que era utilizado para qualificar uma carga que não poderia ser mais dividida (menor carga elétrica encontrada na natureza). No Sistema Internacional de Unidades, a unidade de medida de carga elétrica é o Coulomb (C).
  6. 6. Um corpo se diz eletrizado quando as quantidades de prótons e de elétrons são diferentes, isto é, ele tem falta ou excesso de elétrons. Corpo eletrizado negativamente Corpo eletrizado positivamente Corpo neutro: número de prótons (carga positiva) é igual ao de elétrons (carga negativa)!
  7. 7. A quantidade de carga elétrica de um corpo é dada por:
  8. 8. ER1. Considere um corpo, como mostra a figura, em que cada símbolo (+) correponde a 1019 prótons e cada símbolo (-) corresponde a 1019 elétrons: a) Esse corpo está eletrizado ou está eletricamente neutro? Por quê? b) A carga desse corpo é positiva ou negativa? c) Considerando e a carga elétrica elementar, como podemos representar a quantidade de carga elétrica desse corpo? ER2. Considere um objeto no qual se acumularam cargas de modo que sua carga vale -3,2 µC. Levando em conta que a carga elementar tem módulo 1,6.10-19 C, a) as cargas que se acumularam nesse objeto são devidas a prótons ou elétrons? b) em que quantidade?
  9. 9. 1. Princípio da conservação das cargas elétricas:  Num sistema eletricamente isolado, a soma algébrica das cargas elétricas permanece sempre constante. 𝑄 𝐴 + 𝑄 𝐵 = 𝑄′ 𝐴 + 𝑄′ 𝐵
  10. 10. 2. Princípio da atração e repulsão  Cargas elétricas de mesmo sinal se repelem e de sinais contrários se atraem
  11. 11. 2. Princípio da atração e repulsão  Cargas elétricas de mesmo sinal se repelem e de sinais contrários se atraem
  12. 12. ER3. Dois corpos A e B estão separados e eletrizados com cargas elétricas, respectivamente, iguais a QA = -2 C e QB = 5 C. Colocando- os em contato, o corpo A transfere 1,0.1019 elétrons para o corpo B, sendo em seguida separados. Dado: e= 1,6.10-19 C. a) Qual era a quantidade total de carga existente no ambiente antes de haver o contato? b) No contato, que quantidade de carga o corpo A transfere para o corpo B? c) Quais são as quantidades de carga de cada um dos corpos após a realização do contato? d) Que tipo de força (de atração ou repulsão) existe entre os corpos, antes e depois de ter havido o contato?
  13. 13. Os condutores são as substâncias nas quais os ELÉTRONS se locomovem com facilidade por estarem fracamente ligados aos átomos. Tem maior facilidade em conduzir a eletricidade!
  14. 14. Os isolantes são materiais que possuem os elétrons estão ligados fortemente ao átomo, o que dificulta sua livre movimentação. São materiais que não transmitem a energia elétrica com facilidade ou nem transmitem.
  15. 15. Eletrização por atrito: - Inicialmente os dois corpos estão neutros. - Após a eletrização, os corpos atritados ficam com cargas de sinais opostos.
  16. 16. Eletrização por atrito: - Inicialmente os dois corpos estão neutros. - Após a eletrização, os corpos atritados ficam com cargas de sinais opostos.
  17. 17. A carga adquirida por cada corpo é determinada por uma tabela chamada de série triboelétrica.
  18. 18. Eletrização por contato - necessita de pelo menos um dos corpos carregado eletricamente.
  19. 19. Eletrização por contato Quando o condutor neutro toca o eletrizado, há uma transferência de elétrons de maneira bem rápida até que ambos os condutores fiquem com o mesmo potencial elétrico.
  20. 20. Eletrização por contato Separando-se os dois condutores, eles estarão com cargas de mesmo sinal.
  21. 21. Eletrização por contato Pelo princípio da conservação das cargas elétricas, a quantidade de cargas elétricas antes do contato é igual à quantidade de cargas elétricas depois do contato. Se os dois corpos forem absolutamente idênticos, no final da experiência eles ficarão com a mesma quantidade de carga elétrica, que será determinada pela média aritmética da quantidade de cargas antes do contato.
  22. 22. 1- Têm-se três esferas condutoras idênticas: A, B e C. A primeira delas possui uma carga elétrica positiva Q. As demais estão neutras. Tocando-se a primeira em B e depois em C, qual é a carga adquirida pela última? 2- (UNIRIO) Três esferas idênticas, muito leves, estão penduradas por fios perfeitamente isolantes, em um ambiente seco, conforme mostra a figura. Em determinado instante, a esfera A (QA = 20 μC) toca a esfera B (QB = -2 μC); após alguns instantes, afasta-se e toca na esfera C (Qc = -6 μC), retornando à posição inicial. Após os contatos descritos, quais serão as cargas das esferas A, B e C (em μC)?
  23. 23. ER4. Um bastão de vidro perde 3.1013 elétrons, quando atritado com um pano de seda, sendo que ambos estavam inicialmente neutros. Considere e = 1,6.10-19 C o valor da carga de um elétron. a) Determine a quantidade de carga adquirida pelo pano de seda. b) O pano de seda já eletrizado, ao ser colocado em contato com uma bolinha de isopor inicialmente neutra e suspensa por um fio isolante, passa para ela metade de sua carga. Qual é a carga final do pano e do isopor? c) Que tipo de força de interação haverá se aproximarmos o bastão de vidro da bolinha de isopor? ER5. Considere três esferas metálicas idênticas e isoladas. Uma esfera A está eletrizada com carga 4Q e as esferas B e C têm, respectivamente, cargas neutra e Q. São colocadas em contato e depois separadas, na ordem que se segue, as seguintes esferas: A com B, B com C e finalmente, C com A. Determine as cargas finais de A, B e C.
  24. 24. Eletrização por indução - Assim como na eletrização por contato, há necessidade que pelo menos um corpo esteja eletrizado. - Diferentemente da eletrização por contato, o corpo eletrizado (indutor) é somente aproximado do corpo neutro (induzido)
  25. 25. Eletrização por indução Ao aproximar o indutor do induzido, ocorre uma separação das cargas elétricas do corpo neutro devido à repulsão das cargas de mesmo sinal e atração das cargas de sinais diferentes.
  26. 26. Eletrização por indução Note que neste caso, há apenas uma separação de cargas, devido às atrações e repulsões! Para que o processo seja completo, devemos “aterrar” o corpo induzido. No final, teremos corpos eletrizados com cargas de sinais diferentes.
  27. 27. Eletrização por indução
  28. 28. Eletrização por indução Um exemplo de uma consequência da eletrização por indução são os raios. Quando temos uma nuvem carregada eletricamente durante uma tempestade, ela irá induzir na superfície cargas de sinais opostos criando assim um campo elétrico entre a nuvem e a superfície. Se esse campo elétrico for muito intenso teremos uma descarga elétrica violenta que nós conhecemos como raio.
  29. 29. São dispositivos que verificam se um corpo ou material está ou não eletrizado, sem contudo identificar o sinal de sua carga elétrica. 1- Pêndulo Eletrostático: é um conjunto constituído por um suporte, um fio isolante e uma esfera neutra presa a ele.
  30. 30. São dispositivos que verificam se um corpo ou material está ou não eletrizado, sem contudo identificar o sinal de sua carga elétrica. 1- Pêndulo Eletrostático: para verificarmos se um corpo está ou não eletrizado, basta aproxima-lo da esfera neutra do pêndulo.
  31. 31. São dispositivos que verificam se um corpo ou material está ou não eletrizado, sem contudo identificar o sinal de sua carga elétrica. 1- Eletroscópio de lâminas ou folhas
  32. 32. 1- Examine as afirmações abaixo e assinale V (verdadeiro) ou F (falso) ( ) I. Cargas elétricas de sinais diferentes se repelem. ( ) II. Cargas elétricas de mesmo sinal se repelem. ( ) III. Cargas elétricas de sinais diferentes se atraem. 2- Passando-se um pente nos cabelos verifica-se que ele pode atrair pequenos pedaços de papel. Dentre as três afirmações abaixo pode ou não haver uma explicação para o fenômeno. Verifique o que realmente ocorre, I) aquecimento do pente por atrito, provocando convecção do ar e por isso o pedaço de papel sobe em direção ao pente; II) eletrização do pente, que induz cargas no papel, provocando a sua atração; III) deseletrização do pente, que agora passa a ser atraído pelos pedaços de papel que sempre estão eletrizados.
  33. 33. 3- Duas esferas A e B, metálicas e idênticas, estão carregadas com cargas respectivamente iguais a 16µC e 4µC. Uma terceira esfera C, metálica e idêntica às anteriores, está inicialmente descarregada. Coloca-se C em contato com A. Em seguida, esse contato é desfeito, e a esfera C é colocada em contato com a B. Adote 1µC = 1.10-6 C. Supondo-se que não haja troca de cargas elétricas com o meio exterior, a carga final de C é igual a quanto? 4- Uma partícula encontra-se eletricamente carregada com uma quantidade de carga de -6,0 nC. Qual o número de elétrons fornecido a essa partícula para que ela adquira essa quantidade de carga? O valor da carga elétrica elementar é 1,6.10-19C. Use 1 nC = 1.10-9 C.
  34. 34. 5- (UFU - MG) Um corpo eletricamente neutro: a) não existe, pois todos os corpos têm cargas elétricas. b) não existe, pois somente um conjunto de corpos pode ser neutro. c) é um corpo que não tem cargas elétricas positivas nem negativas. d) é um corpo desprovido de cargas elétricas positivas. e) é um corpo com o mesmo número de cargas elétricas positivas e negativas. 6- (Direito.C.L. -96) 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 carregadas. d) A bolinha B deve estar carregada positivamente. e) A bolinha A pode não estar carregada.
  35. 35. 8- Atrita-se um bastão de vidro com um pano de lã, ambos inicialmente neutros. Pode-se afirmar que: a) só a lã fica eletrizada; b) só o bastão fica eletrizado; c) o bastão e a lã se eletrizam com cargas e mesmo sinal; d) o bastão e a lã se eletrizam com cargas de mesmo valor absoluto e sinais opostos; e) não haverá eletrização elétrica pois ambos são isolantes elétricos. 9- A matéria em seu estado normal não manifesta propriedades elétricas. Isso significa que: a) ela é constituída somente de nêutrons; b) ela possui mais elétrons que nêutrons; c) ela possui mais elétrons que prótons; d) ela possui mais prótons que elétrons; e) ela possui quantidades iguais de prótons e elétrons.
  36. 36. 10- (PUC-SP) Não é possível eletrizar uma barra metálica segurando-a com a mão, porque: a) a barra metálica é isolante e o corpo humano é bom condutor. b) a barra metálica é condutora e o corpo humano é isolante. c) tanto a barra metálica como o corpo humano são bons condutores. d) a barra metálica é condutora e o corpo humano é semicondutor. e) tanto a barra metálica como o corpo humano são isolantes. EP2- Um corpo eletricamente neutro perde 5.1020 elétrons em um processo de eletrização. Sendo 1,6.10-19 C o valor absoluto da carga elementar, determine: a) o sinal da carga do corpo eletrizado; b) A quantidade de carga do corpo após o processo de eletrização.
  37. 37. EP4- Em um sistema eletricamente isolado contendo três corpos A, B e C, com cargas iniciais QA = 4C, QB = -8C e QC = 0, respectivamente, verifica-se no seu interior um processo de transferência de elétrons entre eles, ficando o corpo A com carga final de Q’A = 2C e o corpo B com Q’B = -5,2 C. Sendo 1,6.10-19 C o valor absoluto da carga elementar, determine: a) a quantidade total de carga elétrica existente no sistema; b) a carga final do corpo C; c) A quantidade de elétrons que o corpo C ganhou ou perdeu.

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