Carga Elétrica - Otávio Batista

Eletricidade
e
Magnetismo
Introdução:
Carga Elétrica:
Os corpos são compostos basicamente de prótons e
elétrons.
Prótons (+)
Elétrons (-)
A carga elementar é representada por e, e tem módulo
igual a:
e = 1,6 . 10-19 C. Unidade: C (coulomb)
Prótons (+ 1,6 . 10-19 C)
Elétrons (- 1,6 . 10-19 C)
O módulo da carga elétrica total recebida, positiva ou
negativamente pode ser calculado por:
Q=n.e
Condutor
Um condutor elétrico é toda a matéria que
possui a facilidade de conduzir portadores de cargas.
Essas matérias possuem em sua composição cargas
livres que podem movimentar-se livremente por toda
sua superfície ou interior.
Exemplos:
Metais.
Soluções iônicas (água com sal).
Processos de Eletrização:
Eletrização por Atrito:
Quando os elétrons passam de um átomo para outro,
ou seja, um átomo pode ganhar ou perder elétrons.
Quando um átomo:
Ganha elétrons → fica com carga total negativa.
Perde elétrons → fica com carga total positiva.
Obs: As perdas e ganhos somente acontecem com os
elétrons. Não há perda nem ganho de prótons.
Eletrização por Contato:
Quando colocamos dois condutores em contato, um
eletrizado e outro neutro, pode ocorrer a passagem de
elétrons de um para o outro, fazendo que o corpo
neutro se eletrize.
Eletrização por Indução:
A eletrização de um condutor neutro pode ocorrer por
simples aproximação de outro corpo eletrizado, sem
que haja contato entre eles. Esse processo de
eletrização é denominado indução eletrostática.
Indução com carga final Positiva:
Indução com carga final negativa:
Lei de Coulomb:
A lei de Coulomb afirma que a intensidade da força F
entre duas cargas pontuais Q1 e Q2 é diretamente
proporcional ao produto das cargas, e inversamente
proporcional ao inverso do quadrado da distância R
que as separa.
K é a constante eletrostática.
K0 = 9,0 · 109 Nm2/C2
Unidade: Nm2/C2.
Corrente Elétrica
A eletrodinâmica é a parte da física que estuda
cargas elétricas em movimento, responsáveis pela
corrente elétrica.
Os condutores elétricos mais comuns são os
metais, que se caracterizam por possuírem grande
quantidade de elétrons-livres, ou seja, estão ligados
de forma fraca com o núcleo, tendo certa liberdade de
movimentação.
Exemplo:
Alumínio: 3 elétrons na última camada.
Ferro: 2 elétrons na última camada.
Cobre: 1 elétrons na última camada.
Normalmente, o movimento dos elétrons livres no
metal é caótico e imprevisível. No entanto, em certas
condições, esse movimento torna-se ordenado,
constituindo o que chamamos de corrente elétrica.
Obs: corrente elétrica é o movimento ordenado de cargas
elétricas.
Intensidade de Corrente Elétrica
Definimos intensidade de corrente elétrica como
sendo a quantidade de carga que passa numa seção
transversal de um condutor durante um certo intervalo
de tempo.
Unidade: Ampere (A)
Submúltiplos:
1 mA = 10-3 A (miliampere)
1 uA = 10-6 A (microampere)
1 nA = 10-9 A (nanoampere)
1 pA = 10-12 A (picoampere)
Circuito Elétrico:
Um conjunto formado por uma pilha, fios e lâmpada
forma um circuito elétrico.
Um circuito pode se encontrar aberto ou fechado.
Circuito interno de uma lâmpada incandescente.
O fluxo de elétrons na lâmpada.
Observação:
A corrente elétrica convencional tem sentido contrário
ao fluxo de elétrons. Esta corrente é chamada de
corrente contínua.
01) Uma aluna de cabelos compridos, num dia
bastante seco, percebe que, depois de penteá–
los, o pente utilizado atrai pedaços de papel. Isso
ocorre porque:
a) o pente se eletrizou por atrito.
b) os pedaços de papel estavam eletrizados.
c) o papel é um bom condutor elétrico.
d) há atração gravitacional entre o pente e os
pedaços de papel.
e) o pente é um bom condutor elétrico.
02) Um corpo eletricamente neutro:
a) não existe, pois todos os corpos têm cargas.
b) não existe, pois somente um grupo de corpos
pode ser neutro.
c) é um corpo com o mesmo número de cargas
positivas e negativas.
d) é um corpo que não tem cargas positivas nem
negativas.
e) é um corpo que necessariamente foi aterrado.
03) É dado um corpo eletrizado com carga 6,4
mC.
a) Determine o número de elétrons em falta no
corpo. A carga do elétron é –1,6 · 10–19 C.
b) Quantos elétrons em excesso têm o corpo
eletrizado com carga –16 nC?
04) Dois corpos A e B, de materiais diferentes,
inicialmente neutros, são atritados entre si,
isolados de outros corpos. Após o atrito:
a) ambos ficam eletrizados negativamente.
b) ambos ficam eletrizados positivamente.
c) um fica eletrizado negativamente e o outro
continua neutro.
d) um fica eletrizado positivamente e o outro
continua neutro.
e) um fica eletrizado positivamente e o
negativamente.
05) Considere as afirmações abaixo:
I. Um corpo, ao ser eletrizado, ganha ou perde
elétrons.
II. É possível eletrizar uma barra metálica por atrito
segurando–a com a mão, pois o corpo humano é de
material semicondutor.
III. Estando inicialmente neutros, atrita–se um bastão
de plástico com lã, consequentemente esses dois
corpos adquirem cargas elétricas de mesmo valor e
naturezas (sinais) opostas.
a) se somente I estiver correta.
b) se somente II estiver correta.
c) se somente III estiver correta.
d) se II e III estiverem corretas.
e) se I e III estiverem corretas.
Diferença de Potencial
Uma pilha tem dois polos: o positivo (+) e o negativo
(–). Entre eles existe uma diferença de potencial
elétrico que mantém uma corrente elétrica quando os
polos forem ligados por um fio.
A diferença de potencial elétrico é chamada também
de tensão elétrica ou voltagem e é representada pela
letra U.
Unidade: Volts (V)
Entenda melhor o que é D.D.P
Para uma melhor compreensão da importância da
d.d.p. dentro da eletricidade iremos fazer uma
analogia com a hidrostática
Observe a figura 5a abaixo e note que o nível do
líquido é o mesmo dos dois lados do tubo (vaso
comunicante). Neste caso não existe movimento do
líquido para nenhum dos dois lados. Para que ocorra
movimento é necessário um desnivelamento entre os
dois lados do tubo (observe a figura 5b).
Figura 5a
Figura 5b
Neste caso o líquido tenderá a se mover até que os
dois lados do tubo se nivelem novamente (figura 5c).
Podemos concluir que para existir movimento é
necessário que exista uma diferença de nível entre os
dois lados do tubo (d.d.n.)
Figura 5c
Figura 5d
Para que o líquido fique sempre em movimento,
podemos colocar uma bomba para retirar a água de
um lado para o outro, fazendo com que sempre haja
uma d.d.n. entre os dois tubos (figura 5d).
Podemos fazer uma analogia da situação descrita
anteriormente com o movimento das cargas elétricas.
Para isso vamos trocar os tubos por condutores
elétricos (fios), a bomba por um gerador (pilha) e
passaremos a ter a seguinte situação:
Da mesma forma que a bomba mantém uma diferença
de nível para manter o movimento do líquido, o
gerador mantém a diferença de potencial elétrico
(d.d.p.) para manter o movimento ordenado de
elétrons. Esquematicamente temos:
Pode-se verificar que no condutor, o sentido da
corrente elétrica é da extremidade de maior potencial
(pólo positivo) para a extremidade de menor potencial
(pólo negativo).
A resistência elétrica
Denfinição:
O grau de dificuldade encontrado pelo elétron para se
deslocar em um circuito elétrico é chamado de
resistência elétrica.
A resistência elétrica depende basicamente:
 Comprimento (L) do fio.
 Material.
 Espessura (A), chamada de área de secção
transversal.
Pode ser calculada pela seguinte relação:
U = R. i
Unidade: Ohm (Ω)
Potência elétrica:
A potência elétrica indica o consumo de energia
elétrica em cada unidade de tempo. No Sistema
Internacional de Unidades, ela é medida em watts
(W). Uma lâmpada de 60 watts consome em cada
segundo de funcionamento 60 joules de energia
elétrica.
A potência elétrica pode ser calculada pela razão
entre a Energia consumida e o tempo de
funcionamento. Vejamos:
𝐸
P=
𝑡
Unidade: J/s (Joule por segundo) = Watt (W)
Observação:
Nas contas de energia verifica-se que a energia
consumida é calculada em Kw.h, pois da equação
acima obtemos:
E = P . t.
Importante:
 Efeito Joule.
 Curto Circuito.
 Fusível.
 Disjuntor.
O Magnetismo
 Com ímãs você pode atrair pregos, clipes e outros
objetos. Mas nem todos os materiais podem ser
atraídos por ímãs — só alguns metais. Os metais
que podem ser atraídos por um ímã, como o ferro, o
níquel, o cobalto e a liga desses metais, são
chamados ferromagnéticos.
Das experiências vividas podemos concluir que:
Situação A:
______Atração_______
Situação B:
______Repulsão______
Situação C:
______Repulsão______
Aplicações do Magnetismo:
 Bússola.
 Eletroímã.
 Gerador elétrico.
 Motor elétrico.
A luz e o eletromagnetismo::
Quando se diz que a luz e as outras radiações (raios
X, raios ultravioleta, ondas de rádio) são ondas
eletromagnéticas, significa que elas resultam da
variação de um campo elétrico e de um campo
magnético propagando-se pelo espaço.
A relação entre a luz e os fenômenos
eletromagnéticos foi estabelecida teoricamente pelo
físico escocês James Clerck Maxwell (1831-1879).
Obrigado!
Otávio Batista!