Cargas Elétricas

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ELETRICIDADE E
MAGNETISMO
ELETROSTÁTICA
ELETRODINÂMICA
ELETRICIDADE
ELETROSTÁTICA
ELETRODINÂMICA
Cargas Elétricas
Campo Elétrico
Potencial Elétrico
Capacitores Elétricos
Sumário
 INTRODUÇÃO – HISTÓRICA
 CARGA
 CONSERVAÇÃO DE CARGAS
ELETRIZAÇÃO
 FORÇA
Eletromagnetismo
Eletricidade e Magnetismo eram
conhecido como fenômenos distintos.
 Tales de Mileto foi o primeiro a
relata que o âmbar (resina fossilizada
de árvores) ao ser friccionado adquire a
propriedade de atrair objetos leves
como, penas e plumas.
 Magnetita (Fe3O4) atraiam-se ou
repeliam-se, dependendo de como se
orientavam, e tinham propriedade de
sempre atrair o ferro. (a bússola
inventada pelos chineses – 3 A.C).
Tales de Mileto
Eletromagnetismo
 Hans Oersted, em 1819, passando uma
corrente elétrica por um fio metálico,
percebeu que a agulha de uma bússola
próxima
se
orientava
sempre
perpendicular ao fio.
 Em 1820, André Ampère, demonstrou
que dois fios paralelos conduzindo
corrente se atraem ou se repelem,
dependendo, respectivamente, de se as
correntes elétricas têm o mesmo sentido
ou sentidos opostos. Concluindo que os
fenômenos magnéticos são em geral
resultante de corrente elétricas e que ímãs
apresentam correntes circularem em seu
interior.
Hans Oersted
Eletromagnetismo
 No final do século XIX já se tinha uma
sistematização dos fenômenos elétricos e magnéticos
em
uma
ciência
unificada,
o
ELETROMAGNETISMO.
 Nesta ciência todos os fenômenos são decorrentes de
uma única entidade, a CARGA ELÉTRICA.
 Cargas em repouso interagem umas com as outras
por meio da força elétrica. Quando elas se movem uma
em relação às outras, aparecem outra forma de
interação, a força magnética. Tal síntese se concretizou
graças ao trabalho de Michael Faraday.
James Maxwell
 James Maxwell sintetizou todas as leis do
eletromagnetismo em quatro equações fundamentais.
James Maxwell também previu que a luz fosse um fenômeno eletromagnético,
que em seguida foi comprovado por Heinrich Hertz.
Cargas Elétricas
 Matéria é tudo aquilo que possui massa e ocupa espaço.
Cargas Elétricas
Analisando a água
Cargas Elétricas
Molécula – é a menor parte da matéria que ainda conserva
suas características.
UM ÁTOMO DE
OXIGÊNIO
E DOIS ÁTOMOS
DE HIDROGÊNIO
Cargas Elétricas
 ÁTOMOS - Esquema simplificado
Cargas Elétricas
 ESCALA DO ÁTOMOS
Cargas Elétricas
 O átomos é composto de:
PROTÓNS – Possuem Cargas Positivas.
ELÉTRONS – Possuem Cargas Negativas.
NEUTRONS – Não Possuem Cargas Elétricas
 Massas das partículas individuais
Prótons
Neûtrons
Elétrons
Massa = 1.67 * 10-27 kg
Massa = 1.67 * 10-27 kg
Massa = 9.10 * 10-31 Kg
Carga positiva
Carga neutra
Carga negativa
 A massa do próton é cerca de 1.836 vezes maior que a do elétron.
Cargas Elétricas
 O átomos é NEUTRON
N° PROTÓNS = N° ELÉTRONS.
 Átomo Ionizado
POSITIVAMENTE
NEGATIVAMENTE
N° PROTÓNS >N° ELÉTRONS.
N° PROTÓNS <N° ELÉTRONS.
Cargas Elétricas
 A carga elétrica é uma quantidade de eletricidade. É uma
grandeza física escalar. E no S.I a unidade de carga elétrica é o
Coulomb ( C ).
 Denominamos carga elementar o módulo da carga de um
elétron, e possui o seguinte valor:
e = 1,6 . 1019 C
 A quantidade de carga elétrica em um corpo será sempre igual a
um número inteiro de cargas elementares negativas ou positivas,
de tal forma que:
Q =  n.e ( ganho de elétrons )
Q = + n.e ( perda de elétrons )
Cargas Elétricas
 Princípio da Atração e Repulsão
• Cargas elétricas de mesmo sinal se repelem;
• Cargas elétricas de sinais opostos se atraem
 Princípio da Conservação de Carga
• Num sistema eletricamente isolado, a soma algébrica
das quantidades de cargas positivas e negativas é
constante.
Cargas Elétricas
Princípio da atração e repulsão
Cargas iguais se
repelem.
e-
p
p
p
e
e
Cargas diferentes se
atraem.
Cargas Elétricas
ELEMENTOS
NEUTROS OU
SEM CARGA,
NADA
N
ACONTECE
N
Cargas Elétricas
CARGAS IGUAIS
Cargas Elétricas
CARGAS
DIFERENTES
Cargas Elétricas
Princípio da Conservação de Cargas
De acordo com o experimento de eletrização realizado por
Benjamim Franklin, as cargas se transfere de um corpo
para o outro, no entanto a quantidade de carga total
sempre é a mesma, ou seja, a carga total se conserva.
Próton = (+)
Elétron= ( -)
“ A soma algébrica de todas as cargas em um sistema isolado
nunca se altera.”
Cargas Elétricas
Eletrização
A eletrização de um corpo inicialmente
neutro pode ocorrer de três maneiras:
- Atrito
- Contato
- Indução
Atrito
Na eletrização por atrito, os
dois corpos adquirem a mesma
quantidade de cargas, porém de
sinais contrários.
Atrito
Exemplo:
Durante uma tempestade, a
movimentação das gotículas de
água vão atritando as nuvens,
formando duas seções: uma
com cargas elétricas positivas e
outra com cargas elétricas
negativas.
Atrito
Série Triboelétrica
Contato
Os condutores adquirem cargas de
mesmo sinal. Se os condutores tiverem
mesma forma e mesmas dimensões, a
carga final será igual para os dois e dada
pela média aritmética das cargas iniciais.
Contato
Indução
A eletrização de um
condutor neutro pode ocorrer
por simples aproximação de um
outro corpo eletrizado, sem que
haja o contato entre eles.
No processo da indução
eletrostática, o corpo induzido
será eletrizado sempre com
cargas de sinal contrário ao das
cargas do indutor.
Indução
Condutores e isolantes
Condutores elétricos
Meios materiais nos quais as cargas
elétricas movimentam-se com facilidade.
Isolantes elétricos ou dielétricos
Meios materiais nos quais as cargas
elétricas
não
têm
facilidade
de
movimentação.
Condutores e isolantes
O que determina se um material será bom ou mau condutor
térmico são as ligações em sua estrutura atômica ou
molecular. Assim, os metais são excelentes condutores de
calor devido ao fato de possuírem os elétrons mais externos
"fracamente" ligados, tornando-se livres para transportar
energia por meio de colisões através do metal.
Condutores e isolantes
Por outro lado temos que materiais como lã, madeira, vidro,
papel e isopor são maus condutores de calor (isolantes
térmicos), pois, os elétrons mais externos de seus átomos
estão firmemente ligados
Condutores
Átomos com :
 Poucos elétrons na última camada.
 Têm facilidade de perder elétrons.
 No
átomo de um material
(considerado condutor), os elétrons
da última camada (elétrons livres),
ficam trocando constantemente de
átomo.
Isolantes
Átomos com :
 Muitos elétrons na última camada
são isolantes.
 Tem facilidade de receber elétrons.
Condutores e isolantes
exemplos:
Além ...
Semicondutores
Condutividade elétrica é intermediária
entre os condutores e isolantes. Podemos
controlar uma corrente elétrica.
Supercondutores
Materias que apresentam resistência nula
(ou condutividade infinita) ao fluxo de carga.
Condutores Esféricos
Teoremas para cascas esféricas:
 Uma casca esférica uniformemente carregada
atrai ou repele uma partícula carregada exterior
à casca como se toda a carga da casca estivesse
concentrada em seu centro.
 Uma casca esférica uniformemente carregada
não exerce nenhuma força eletrostática sobre
uma partícula carregada que esteja localizada
em seu interior.
Lei de Coulomb
 Experimento da balança de Torção
Charles Coulomb
Lei de Coulomb
Coulomb chegou às seguintes conclusões:
 A força elétrica é diretamente proporcional a cada
uma das duas cargas.
 A força elétrica é inversamente proporcional ao
quadrado da distância entre as cargas.
Lei de Coulomb
Unidades:
A força elétrica é muito mais intensa que a força gravitacional.
A força elétrica é cerca de 1039
vezes mais intensa que a força
gravitacional. Considerando o r =
5.3*10-11.
Lei de Coulomb
 Mantendo-se
a
distância entre as cargas e
dobrando a quantidade de
carga, a força elétrica será
multiplicada por 4.
 Mantendo-se as cargas
elétricas e dobrando-se a
distância a força elétrica
será dividida por 4.
Lei de Coulomb
Superposição das Forças:
Exemplos:
1. Duas esferas condutoras idênticas, A e B, eletricamente
isoladas, separadas por uma distância a que é grande
comparada às esferas. A esfera A tem uma carga
positiva +Q; a esfera B está eletricamente neutra; e
inicialmente, não há nenhuma força eletrostática entre
as esferas.
(a) Suponha que as esferas são ligadas momentaneamente
por um fio condutor. Qual será a força eletrostática
entre as esferas depois que o fio é removido?
(b) Suponha que a esfera A seja momentaneamente ligada
à terra, e que a ligação-terra seja removida. Qual será,
então, a força eletrostática entre as esferas?
Exemplos:
2. Dada a figura, temos uma distribuição de seis
partículas mantidas fixas em suas posições, onde a = 2
cm e teta = 30°. As seis cargas tem módulos iguais, qual
é a força eletrostática resultante sobre a partícula 1?
ELETRICIDADE
ELETROSTÁTICA
ELETRODINÂMICA
Cargas Elétricas
Campo Elétrico
Potencial Elétrico
Corrente Elétrica
CAMPO ELÉTRICO

Os
corpos
eletrizados
atraem ou repelem outros corpos
sem tocá-los.

Quando
ocorre
uma
interação no vácuo entre duas
partículas carregadas, como é
possível uma delas perceber a
existência da outra?

O que existe no espaço
entre as cargas para que a
interação seja comunicada de
uma para outra?
CAMPO ELÉTRICO

O
conceito
de
Campo
elétrico surgiu para explicar a
ação de forças a distância.

O Campo elétrico existe
naquela região independente de
ter outra carga próximo.
 A carga de prova, também
tem
que
ser
eletricamente
carregado,
para
que
haja
interação.
P.s:
positiva.
a
carga
de
prova
sempre
é
CAMPO ELÉTRICO

Dada uma carga elétrica (Q) fixa,
quando aproximamos uma carga de
prova (q), surge uma força de interação
elétrica. Essa força ocorre, porque (q)
está na região do campo elétrico criado
pela carga fixa e puntiforme (Q)

O Campo elétrico criado por uma
carga elétrica puntiforme e fixa é a
força por unidade de carga de prova.

 F
E
q
CAMPO ELÉTRICO

Onde suas unidades são:
E → Campo elétrico (N/C)
F → Força elétrica (N)
q → Carga elétrica (C)

Podemos escrever o campo elétrico também como

 F
1 Qq0
Q
E


2
q0 40 r q0
40 r 2
CAMPO ELÉTRICO
Para se determinar o vetor campo elétrico (E):
Intensidade:


F
E 
q
Direção: mesma de F (reta que une as cargas)
Sentido: se q > O, é o mesmo da força (F);
se q < O, é contrário ao da força(F).
CAMPO ELÉTRICO
CAMPO ELÉTRICO
Dado o sistema de cargas elétricas:
O campo elétrico resultante será:
Linhas de campo
As linhas de força são linhas imaginárias que
construímos ao redor de uma carga elétrica ou
de uma distribuição de cargas, e servem para
mostrar o comportamento do campo elétrico
numa certa região do espaço.
Linhas de campo
Linhas de campo
As Linhas de forças (ou de campo) são linhas
imaginárias, tangentes aos vetores campo
elétrico em cada ponto do espaço sob
influência elétrica e no mesmo sentido dos
vetores campo elétrico.
Linhas de campo
Se Q>0 o vetor
campo elétrico é de
AFASTAMENTO
Se Q<0 o vetor
campo elétrico é de
APROXIMAÇÃO
Linhas de campo
 A intensidade do campo
elétrico é proporcional à
densidade de linhas, ou seja,
quanto mais próximas as
linhas se encontram, mais
intenso é o campo.
 A direção do campo elétrico
é tangente às linhas de força
e o seu sentido é o mesmo
das linhas.
Linhas de campo
• As linhas de força não se cruzam em nenhum
ponto.
• Quanto maior o número de linhas que chegam
a uma carga elétrica ou dela saem, tanto
maior será o módulo dessa carga.
Campo elétrico uniforme
Um campo elétrico é uma região do espaço
onde o vetor representativo do campo (Ē) tem,
em todos os pontos a mesma direção, o mesmo
sentido e o mesmo módulo.
Num campo elétrico uniforme, as linhas de
força são sempre retilíneas, paralelas entre si
e distanciadas igualmente.
Campo elétrico Criado por um Dipolo
Qual o campo elétrico criado por um dipolo
num ponto P?
O produto qd,
que
envolve
propriedades
intrínseca, q e d,
é chamado de
momento
de
dipolo.
Campo elétrico Criado por uma linha
Qual o campo elétrico criado
num ponto P, a uma distância z
do plano do anel ao longo do eixo
central?
Campo elétrico Criado por um Disco
Qual o campo elétrico criado
num ponto P, a uma distância z
do plano do anel ao longo do eixo
central?
Com densidade superficial
Fazendo R tente ao infinito, temos o campo elétrico criado
por uma chapa infinita uniformemente carregada.
ELETRICIDADE
ELETROSTÁTICA
ELETRODINÂMICA
Cargas Elétricas
Campo Elétrico
Lei de Gauss
Potencial Elétrico
Corrente Elétrica
LEI DE GAUSS
A lei de Gauss é equivalente a lei de
Coulomb na eletrostática, a escolha
de qual utilizar dependerá do tipo de
problema proposto.
Lei de Coulomb = problemas que
tenham pouco ou nenhum grau de
simetria.
Lei de Gauss = problemas com
elevado grau de simetria.
LEI DE GAUSS
A figura principal da lei de Gauss é uma superfície fechada
hipotética, chamada SUPERFÍCIE GAUSSIANA. Pode ser
uma ESFERA, CILINDRICO ou qualquer outra forma
simétrica.
Lei de Gauss
Conhecendo a Lei de Gauss podemos calcular com precisão a
quantidade de carga líquida que esta no interior da
superfície.
Lei de Gauss
Consideremos uma superfície
gaussiana assimétrica imersa num
campo elétrico não-uniforme.
 Como os quadrados são muito
pequeno, podemos considerar o
campo elétrico como sendo
constante em todos os pontos.
Lei de Gauss
 Portanto
Lei de Gauss
 A lei de Gauss relaciona fluxo do campo através de uma
superfície fechada e a carga líquida que esta envolvida por esta
superfície.
 q é a soma algébrica de todas as cargas. Podemos escrever
também como
 q = positiva, o fluxo é para fora
 q = negativa, o fluxo é entrando.
As cargas fora da superfície não são incluídas no termo q, e a maneira como as
cargas são distribuídas no interior também não importa, só o módulo e o sinal de
q importa.
Lei de Gauss
 Consideremos duas cargas de módulo iguais mas de sinais
opostos.
Lei de Gauss
 Como a lei de Gauss e Coulomb são equivalentes devemos ser
capazes de deduzir uma apartir da outra.
Carga puntiforme positiva em
torno
englobada
por
uma
superfície gaussiana esférica de
raio r.
Condutor Isolado
 A lei de Gauss nos permite demonstrar um importante teorema
sobre os condutores isolados:
“ Qualquer excesso de carga colocado em um condutor
isolado se moverá inteiramente para a superfície do
condutor. Nenhum excesso de carga será encontrado
no interior do condutor.”
Condutor Isolado
 A densidade de carga varia sobre a superfície de um condutor.
Vamos encontrar E imediatamente fora da superfície de um
condutor usando a lei de Gauss.
Simetria Cilíndrica
 Consideremos uma barra fina de plástico, infinitamente longa,
carregada uniformemente com um densidade linear de carga.
Encontremos o campo E a uma distância r do eixo da barra.
A
superfície
gaussiana
deve
acompanhar a simetria do problema,
neste caso cilíndrica.
Chapa Não-Condutora
 Consideremos uma chapa fina isolante e infinita com um
densidade superficial de carga constante. Encontremos o campo E a
uma distância r da chapa.
 A superfície gaussiana
adequada é um cilindro
fechado com área A que
atravessa a chapa.
Placa Condutora
 Consideremos uma placa condutora fina e infinita com um carga
líquida positiva em excesso. Como a placa é muito fina e grande,
supomos que toda carga em excesso esteja sobre as duas faces.
Simetria Esférica
 Vimos dois teoremas:
“ Uma casca com uma carga uniforme
atrai ou repele uma partícula carregada
externa à casca, como se toda a carga se
concentrasse no seu centro.”
“Uma casca uniforme não exerce força
eletrostática sobre uma partícula carregada
que se localize no interior da casca.”
Simetria Esférica
Provar Primeiro Teorema:
Consideremos uma casca esférica de carga total q e de raio R e duas
superfícies esféricas gaussianas concêntricas S1 e S2.
 Para S2:
Que é idêntico a um campo criado por uma carga puntiforme.
Assim o módulo da força que atua sobre a carga externa é o
mesmo que de uma carga colocado no centro da casca.
Simetria Esférica
Provar Segundo teorema:
Aplicando a Lei de Gauss paraS1 temos:
 Para S1:
ELETRICIDADE
ELETROSTÁTICA
ELETRODINÂMICA
Cargas Elétricas
Campo Elétrico
Lei de Gauss
Potencial Elétrico
Corrente Elétrica
Potencial Elétrico
A energia potencial Elétrica:
Potencial Elétrico
A energia potencial Elétrica:
O Potencial Elétrico
Um elétron-volts – é uma energia igual ao trabalho necessário para deslocar uma
carga elementar através de uma diferença de potencial de exatamente 1 volts.
como
então
Potencial Elétrico
Calcular a diferença de potencial entre dois pontos quaisquer i-f
num campo E. Para isto, temos que determinar o trabalho realizado
pelo E sobre a carga.
Calcular o potencial relativo ao potencial zero no infinito.
Potencial Elétrico
Potencial Elétrico
Potencial Elétrico
Potencial Elétrico
Potencial Elétrico
Potencial Elétrico
Calcular o Campo elétrico quando conhecemos o Potencial.
Potencial Elétrico
Potencial Elétrico
ELETRICIDADE
ELETROSTÁTICA
ELETRODINÂMICA
Cargas Elétricas
Campo Elétrico
Lei de Gauss
Potencial Elétrico
Capacitores
Capacitores
• Capacitores são elementos elétricos capazes de
armazenar carga elétrica e, conseqüentemente, energia
potencial elétrica.
Capacitores
• Podem ser esféricos, cilíndricos ou
planos, constituindo-se de dois
condutores que, ao serem eletrizados,
armazenam cargas elétricas de mesmo
valor absoluto, porém de sinais
contrários.
• Arranjo convencional é o CAPACITOR
DE PLACAS PARALELAS, que consiste
em duas placas condutoras paralelas de
área A separados por uma distância d.
Capacitância
 Quando um Capacitor é carregado, suas placas adquirem cargas
iguais, mas de sinais opostos +q e –q.
 Como as placas são condutoras, elas constituem uma superfície
equipotenciais.
Capacitância
 A carga q e a diferença de potencial (V) para um capacitor são
proporcionais uma da outra, logo
q = C.V.
C é uma constante de proporcionalidade, cujo valor depende da
geometria das placas, que é chamada de CAPACITÂNCIA do
capacitor.
S.I: Faraday : 1 C/V
Capacitância
 CARREGANDO UM CAPACITOR.
 Um meio de carregar um capacitor é colocá-lo num circuito
elétrico com uma bateria.
 Uma bateria é um dispositivo que mantém uma ddp (V) entre os
terminais.
Capacitância
 CALCULO DA CAPACITÂNCIA
 Uma vez, conhecida a geometria do capacitor podemos calcular a
capacitância.
 Receita:
 Supor uma carga q sobre as placas;
 Calcular E entre as placas;
 Conhecendo E, calculamos V;
 Calcular C.
Capacitância
 CAPACITOR DE PLACAS PARALELAS
 O campo elétrico entre as placas está relacionado com a carga q
sobre uma placa pela lei de Gauss:
 A V entre as placas esta
relacionada com o E por:
 Logo, a capacitância será
Logo, a capacitância só depende
de fatores geométricos A e d.
Capacitância
 CAPACITOR CILÍNDRICO
 Consideremos um capacitor de comprimento L, formado por
dois cilíndricos de raios a e b.
 A V entre as placas esta
relacionada com o E por:
 Logo, a capacitância será
Capacitância
 CAPACITOR ESFÉRICO
 Consideremos um capacitor esférico concêntrico de raios a e b.
 A V entre as placas esta
relacionada com o E por:
 Logo, a capacitância será
Capacitância
 CAPACITOR ISOLADO
 Podemos atribuir uma capacitância a um único condutor esférico
isolado de raio R supondo que a placa que está faltando é uma
esfera condutora de raio infinito.
Paralelo e Série
 Quando existe uma combinação de capacitores num circuito,
podemos substituir-lo por um CAPACITOR EQUIVALENTE que
tenha a mesma capacitância da combinação.
Capacitores em Série
 Dois ou mais capacitores estarão associados em série quando entre eles
não houver nó, ficando dessa forma, o condutor negativo de um ligado
diretamente ao condutor positiva do outro.
Ao estabelecermos uma (V) nos terminais da associação, haverá
movimentação de elétrons nos fios que unem os capacitores até que estes
estejam completamente carregados
Capacitores em Série
Ao ser conectada ao terminal positivo da pilha, o condutor do capacitor C1
fica eletrizada positivamente e induz uma separação de cargas no fio que o
liga ao capacitor C2, atraindo elétrons para seu outro condutor que fica
eletrizada negativamente, eletrizando o condutor positiva do capacitor C2,
que por sua vez induz uma separação de cargas no fio que une este ao
capacitor C3, e assim por diante.
CONCLUIMOS QUE:
“ todos os capacitores ficam carregados com a mesma carga elétrica Q”
Capacitores em Série
Denominamos Capacitor Equivalente aquele capacitor que, submetido à
mesma (V) que a associação, adquire a mesma carga elétrica Q da
associação.
 por ser uma associação em série, a V
nos terminais da associação é igual à s oma
das ddp s individuais em cada capacitor.
V  V1+V2+V3
Capacitores em Série
 logo a capacitância equivalente será
 Para n capacitores
A capacitância equivalente da ligação em série é
sempre inferior à menor das capacitâncias na
série.
Capacitores em Paralelo
Dois ou mais capacitores estão associados em paralelo quando seus
terminais estão ligados aos mesmos nós e, conseqüentemente, sujeitos à
mesma diferença de potencial V.
Conectando os nós A e B aos terminais da pilha, os capacitores ficam
sujeitos à mesma (V) e, se suas capacidades eletrostáticas forem diferentes,
adquirem cargas elétricas Q1 e Q2 diferentes entre si.
Capacitores em Paralelo
a carga elétrica total movimentada pela pilha, dos condutores
positivos para as negativos, é igual à soma das cargas Q1 e Q2, até
atingido o equilíbrio eletrostático
Q=Q1+Q2+Q3
Capacitores em Paralelo
 por ser uma associação em paralelo, a (V) é a mesma em todos os
capacitores
 logo a capacitância equivalente será
 Para n capacitores
Soma individuais dos
capacitores
Armazenamento de
Energia num Campo
 Um agente externo deve realizar trabalho para carregar um
capacitor.
 O Trabalho necessário para carregar um capacitor é
armazenando na forma de energia potencial U no campo elétrico
entre as placas. Esta energia pode ser recuperada a qualquer
instante descarregando-se o capacitor em um circuito.
 Suponha que um dado instante, uma carga q’ tenha sido
transferida de uma placa de um capacitor para outra. A (V) entre as
placas será q’/C. Se transferimos, em seguida, uma carga extra dq’
(V = -W/q)
Armazenamento de
Energia num Campo
 A quantidade adicional de trabalho necessário será
 O trabalho necessário para elevar a carga total do capacitor até
um valor final q é
 Tal W é armazenado sob forma de energia potencial no capacitor
Essa energia são válida para
qualquer geometria do capacitor.
Densidade de Energia
 Em um capacitor de placas paralelas, o campo elétrico possui o
mesmo valor em todos os pontos entre as placas. Assim a densidade
de energia de carga(u), energia potencial por unidade de volume,
também deve ser uniforme
Válido para qualquer que seja o Campo elétrico.
Capacitor com um
Dielétrico
 O que acontece com a capacitância quando preenchemos o espaço
entre as placas de um capacitor com um dielétrico, isto é, com um
material isolante?
 Faraday, percebeu que a
capacitância aumentava por um
fator k, na qual denominou de
constante dielétrica do material
introduzido.
Capacitor com um
Dielétrico
 A constante dielétrica no vácuo, por definição é igual a 1.
Capacitor com um
Dielétrico
 Um efeito da introdução de um dielétrico é limitar a (V) que pode
ser aplicada entre as placas a um certo valor máximo (Vmax).
 Se esse valor for excedido, o
material dielétrico se romperá
originando um caminho entre as
placas.
 Todo material dielétrico possui
uma
rigidez
dielétrica
característica,
que
é
a
intensidade máxima do E que ele
pode suportar sem sofrer
ruptura.
Capacitor com um
Dielétrico
 A capacitância de qualquer capacitor pode ser escrita como
onde
L
comprimento.
de
dimensões
de
 Capacitor placas paralelas L = Ad.
 Capacitor esférico L=4ab/(b-a)
Capacitor com um
Dielétrico
 Para um capacitor com um
completamente o espaço entre as placas
Onde Car é a capacitância com ar
entre as placas.
dielétrico
preenchendo
Capacitor com um
Dielétrico
 Em uma região completamente preenchida por um material
dielétrico de constante k, todas as equações eletrostática contendo a
constante de permissividade 0 devem ser modificadas substituindo
0 por k0.
 Assim, para uma carga pontual no interior de um dielétrico,
temos
O efeito de um dielétrico é enfraquecer o campo.
Dielétrico: Visão
Atômica
 O que acontece em termos atômicos quando colocamos um
dielétrico num E?
Como o material é isolante, os elétrons
não conseguem deixar seus átomos e
migrar para a placa positiva.
 Os prótons e elétrons de cada átomo se
rearranjam
formando
dipolos..
Independentemente das moléculas terem
momento de dipolo permanente ou não, as
moléculas adquirem momento de dipolo
por indução quando colocadas num campo
elétrico externo.
O alinhamento produz um campo elétrico orientado no sentido oposto
ao do campo e menos intenso.
 Quando os dipolos se alinham dizemos que o material está polarizado.
O objetivo do dielétrico é criar um campo elétrico com sentido oposto
ao campo criado pelas placas, diminuindo a intensidade do campo
quando o dielétrico é introduzido.
Entretanto, com ou sem dielétrico, o campo elétrico total deve
permanecer inalterado se a mesma V e a mesma separação d for mantida
entre as placas, E = V/ d.
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