Eletrostática - Professor Jean

ELETRICIDADE
Demócrito de Abdera (460 a.C. 370 a.C.) - Sugeriu a teoria
atômica
• Tudo que existe é
composto por elementos
indivisíveis chamados
átomos
• Do grego "a" significa,
negação e "tomo",
divisível. Átomo=
indivisível).
• É o ramo da Física que estuda os fenômenos
relacionados às Cargas Elétricas.
• a) Eletrostática - estuda as Cargas Elétricas
em repouso.
• b) Eletrodinâmica – estuda as Cargas Elétricas
em movimento.
• c) Eletromagnetismo - estuda os fenômenos
que relacionam o Campo Elétrico e o Campo
Magnético.
ESTRUTURA ATÔMICA
Prótons (p+)
Nêutrons (n0)
Elétrons (e-)
Estrutura atômica
Principais características dos átomos
• Cada átomo é composto de um núcleo positivamente carregado,
rodeado por elétrons negativamente carregados.
• Os elétrons de todos os átomos são idênticos. Cada um deles
possui mesma quantidade de carga negativa e a mesma massa.
• Prótons e nêutrons constituem o núcleo. Os prótons são cerca de
1800 vezes mais massivos do que os elétrons, mas carregam
consigo a mesma quantidade de carga positiva que os elétrons
possuem de carga negativa. Os nêutrons possuem uma massa
ligeiramente maior do que a dos prótons e não possuem carga
elétrica.
• Normalmente, os átomos possuem o mesmo número de prótons
e elétrons, de modo que possuem carga elétrica líquida nula
(átomo neutro).
Estrutura atômica
Exemplo: O modelo de um átomo de hélio.
O núcleo atômico é formado por dois
prótons e dois nêutrons.
Os prótons positivamente carregados
atraem os dois elétrons
negativamente carregados.
A carga líquida deste átomo vale zero
e, portanto, este átomo está
eletricamente neutro.
QUARKS
• Até um tempo atrás se acreditava que a
matéria era composta principalmente por
prótons, nêutrons e elétrons. Mas com os
estudos mais recentes sobre as radiações
nucleares e de choques entre partículas
revelaram diversos novos componentes
da matéria.
Os Quarks nunca são detectados separadamente, e sim
sempre em grupos de três.
Propriedade Física
• Os prótons e os elétrons são portadores de
carga elétrica.
Carga elementar e Quantidade de
Carga Elétrica
• 1 carga elétrica elementar (e) = 1,6 x 10-19 C
(Coulomb).
• A quantidade de carga elétrica de um corpo é
dada pela expressão:
Q = +/- n . e
Onde:
Q – quantidade de carga elétrica.
e – carga elétrica elementar
+/- número de prótons ou elétrons em excesso
Corpos neutros e corpos
eletrizados
• Os objetos materiais são formados por átomos,
o que significa que eles são constituídos de
elétrons e prótons (e nêutrons).
• Um objeto neutro possui mesmo número de
elétrons e prótons.
• Um corpo eletrizado (ou eletricamente
carregado) apresenta um desequilíbrio nos
números de prótons e elétrons.
Corpos neutros e corpos
eletrizados
Corpo negativamente carregado: número
de elétrons superior ao número de prótons.
Corpo positivamente carregado: número
de prótons superior ao número de elétrons.
Corpo eletricamente neutro
Corpo eletrizado positivamente
Corpo eletrizado negativamente
PRINCÍPIO FUNDAMENTAL DA
ELETROSTÁTICA
• Corpos de sinais iguais se repelem.
• Corpos de sinais diferentes se atraem.
Condutores e isolantes
Condutores e isolantes
• Nos condutores, um ou mais dos elétrons
das camadas mais externas desses
átomos não estão firmemente presos aos
núcleos. Estes elétrons são também
chamados de elétrons livres.
• Em outros materiais, borracha e vidro, por
exemplo, os elétrons estão firmemente
ligados aos núcleos. Estes materiais são
chamados de isolantes.
Processos de eletrização
• Eletrização é o processo no qual um
corpo, inicialmente neutro, é eletrizado.
• Neste processo os elétrons são
adicionados ou removidos de um corpo.
• Existem três processos de eletrização:
Atrito, contato e indução.
Processos de eletrização
Eletrização por atrito
Ocorre quando atritamos dois corpos de
substâncias diferentes (ou não), inicialmente
neutros, e haverá transferência de elétrons
de um corpo para o outro, de tal forma que
um corpo fique eletrizado positivamente
(cedeu elétrons), e outro corpo fique
eletrizado negativamente (ganhou elétrons)
Processos de eletrização
• Ex: Lã e vidro
Aoatritar
Inicialmente
final do
a lã objetos
e o vidro
temos
dois
Ao
osprocesso
dois
osestão
elétrons
corpos
neutros
eletrizados.
e, portanto,
O
em
vidro
cada
carregado
objeto
são
transferidos
do vidro
para
a lã.
positivamenteoemesmo
encontramos
a lã negativamente.
número de
prótons e elétrons.
Processos de eletrização
Eletrização por contato
Ocorre quando um corpo eletrizado é colocado
em contato com um corpo neutro. O excesso
de carga do corpo eletrizado é distribuído entre
os dois corpos.
Quando os dois corpos possuem as mesmas
dimensões, a carga é igualmente distribuída.
Processos de eletrização
Eletrização por contato
Exemplo 1: Corpo eletrizado negativamente
A
O sinal
negativo
representa o
excesso de
elétrons no
corpo A.
Corpo A (Eletrizado
Negativamente)
B
Corpo B
(neutro)
Processos de eletrização
Eletrização por contato
Exemplo 1: Corpo eletrizado negativamente
A
B
Os Ao
elétrons
emprocesso
excesso temos
do corpo
A corpos
são transferidos
final do
dois
para
o corpo Bcom
atécargas
que ambos
possuam
a mesma
eletrizados
de sinais
iguais.
carga elétrica (corpos idênticos).
Processos de eletrização
Eletrização por contato
Exemplo 2: Corpo eletrizado positivamente
A
O
O sinal
corpo B
positivo
possui o
representa
mesmo
o
excesso
número de
prótons
prótons no
e
corpo
elétrons.
A.
Corpo A (Eletrizado
positivamente)
B
Corpo B
(neutro)
Processos de eletrização
Eletrização por contato
Exemplo 2: Corpo eletrizado positivamente
A
B
Quando o contato é estabelecido entre os dois corpos,
os elétrons de B são transferidos para A. Cada elétron
transferido de B neutraliza um próton em excesso de A
Processos de eletrização
Eletrização por contato
Exemplo 2: Corpo eletrizado positivamente
A
B
Cada elétron
neutraliza
um próton.
Quando o contato é estabelecido entre os dois corpos,
Ao final do processo temos dois corpos
os elétrons de B são transferidos para A. Cada elétron
eletrizados com cargas de sinais iguais.
transferido de B neutraliza um próton em excesso de A.
Processos de eletrização
Eletrização por Indução
Quando um objeto negativamente carregado é colocado
próximo a uma superfície condutora, os elétrons se
movimentam pela superfície do material, mesmo não
havendo contato físico.
Este é o princípio
utilizado na
eletrização por
indução
Bastão carregado
negativamente
Processos de eletrização
Eletrização por Indução
Quando
Considere
Sendo assim,
umduas
bastão
asesferas
esferas
negativamente
metálicas
possuemque
eletrizado
o mesmo
estejam
é se
tocando,
trazido
númeropara
de
de elétrons
modo
perto das
que
e prótons.
esferas,
efetivamente
os elétrons
formem
livres
um
único
se
movimentam
condutor não-eletrizado.
devido à repulsão elétrica.
4 prótons em
excesso
4 elétrons em
excesso
Processos de eletrização
Eletrização por Indução
Se
as esferas
foremnegativamente
separadas comeletrizado
o bastão é
Quando
um bastão
ainda
elas
igualmente
trazidopresente,
para perto
dasficarão
esferas,
os elétrons livres
carregadas,
masdevido
com cargas
de sinais
opostos.
se movimentam
à repulsão
elétrica.
4 prótons em
excesso
4 elétrons em
excesso
Processos de eletrização
Eletrização por Indução – aterramento
É possível eletrizar uma única esfera por indução se a
tocarmos enquanto as cargas encontram-se separadas.
OAobastão
carregado
positivamente
Ao
final
doa
processo
a
esferasão
tocar
esfera, elétrons
provoca
a separação
de cargas
possui
excesso
de elétrons.
transferidos.
na esfera
Processos de eletrização
Eletrização por Indução – aterramento
Este processo pode ser realizado com um fio
ligado à terra (aterramento).
Os elétrons serão
transferidos da esfera
terra
para a terra
esferaseseo ofiofiofor
for ligado
ligado
do lado
do lado
positivo. Logo,
negativo.
Logo,aaesfera
ficará carregada
esfera
ficará carregada
negativamente.
positivamente.
Os raios
Os raios
Ao passar
proximidades
superfície
• •Uma
nuvemnas
pode
ser eletrizarda
a partir
das
terrestre,
a nuvem
induz cargas
sinal
colisões
entre
as partículas
que ade
constitui.
contrário.
• Experiências realizadas com balões
mostram que as nuvens de tempestades
(responsáveis pelos raios) apresentam,
geralmente, cargas elétricas positivas na
parte superior e negativas na inferior.
Os raios
• Ao passar nas proximidades da superfície
terrestre, a nuvem induz cargas de sinal
contrário.
O raio – ou descarga
elétrica – é constituído
de elétrons que, neste
caso, são transferidos
da nuvem para a
superfície terrestre.
Os raios
Descarga elétrica da nuvem para o solo