Eletrostática - Professor Jean
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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
