Carga Elétrica - Prof. Hebert Monteiro

Carga Elétrica e
Campo Elétrico
Prof. Hebert Monteiro
Carga Elétrica

No ano 600 a.C os gregos descobriram que atritando dois materiais,
no caso o âmbar e lã, o âmbar adquiria a propriedade de atrair
objetos.

Hoje podemos afirmar que o âmbar adquiria uma carga elétrica e se
tornava carregado.

Uma experiência muito conhecida para estudarmos a carga elétrica
e o fenômeno da eletrostática é a utilização de bastões de plástico e
um pedaço de peliça, que quando atritados adquirem características
específicas que podem ser verificadas na próxima ilustração.
Estruturas e propriedades elétricas dos átomos

Partículas elementares do átomo:



Prótons – Carga Positiva – M = 1,673 x 10-27 Kg
Nêutrons – Sem Carga – M = 1,673 x 10-27 Kg
Elétrons – Carga Negativa – M = 9,109 x 10-31 Kg
Nº Prótons = Nº Elétrons
Nº Prótons > Nº Elétrons
Nº Prótons < Nº Elétrons
Átomo eletricamente Neutro
Átomo eletricamente Positivo (íon positivo)
Átomo eletricamente Negativo (íon negativo)
A quantidade de prótons existentes no núcleo do átomo determinam o seu
número atômico, chamado de Z
Os elétrons se mantén na eletrosfera do átomo pela força de atração entre
o núcleo positivo e a eletrosfera negativa.
Quantização das Cargas


A matéria é constituida por átomos que são eletricamente neutros.
Cada átomo tem um pequeno núcleo, constituido por prótons e
neutrons. Os prótons tem carga elétrica positiva e os neutros não tem
carga. O número de prótons do núcleo corresponde ao número
atômico Z. Em volta do núclo há um número de elétrons que em
condições normais é igual a Z, cada um deles com sua carga negativa
de mesmo valor que a do próton, de modo que em condições normais
a carga elétrica do átomo é nula. A carga elétrica do próton é +e e a
carga elétrica do elétron é –e (sendo e a unidade fundamental de
carga elétrica).
A carga então pode ser quantizada. Qualquer carga elétrica Q que se
observa na natureza pode ser então escrita na forma:
Q = Carga
N = Número de Elementos
e = Carga Elementar
Q =+-N.e
-19
e = 1,6 . 10 C
Exercício

Pelo simples atrito de dois corpos é possível conseguir, no
laboratório, carga de 50 nC. Quantos elétrons devem ser
transferidos de um corpo para outro para se ter essa carga?
Condutores e Isolantes

Em alguns materiais encontrados na natureza, como cobre, ouro,
ferro, etc, alguns elétrons de seus átomos podem se deslocar
livremente. Esses materiais são chamados de Condutores.

Já outros materiais como madeira, plástico, vidro, etc, os elétrons
são tão fortemente ligados ao átomo que não podem se deslocar
com liberdade. São os materiais chamados de Isolantes.
A condutividade ou a propriedade isolante depende da natureza
química dos materiais, mais especificamente de seus átomos, que
possuem ou não uma grande quantidade de elétrons, podendo, ter
um ou mais elétrons livres para se deslocar pelos átomos.
Carga por indução

Podemos carregar uma esfera metálica um bastão de plástico
eletricamente carregado.
Bastão carregado
positivamente
Esferas eletricamente
neutras
+
++
-- +
++
++
0Q
---
0Q
++
++
Esferas separadas
e carregadas
por indução
++
++
- - -
1Q
-1Q
- - -1Q
1Q
Prova o princício da conservação
da carga elétrica
A soma algébrica de todas as cargas
elétricas existentes em um sistema
isolado permanece sempre constante
0Q
0Q
Exercícios
1)
Duas esferas condutoras idênticas, uma com a carga inicial Q e a
outra descarregada, são postas em contato. a) Qual a carga de
cada esfera? b) Com as esferas em contato, um bastão
negativamente carregado é aproximado de uma delas, que fica
então com a carga 2Q. Qual é a carga na outra esfera?
2)
Duas esferas idênticas são carregadas por indução e depois
separadas. A esfera 1 tem a carga Q e a 2 a carga –Q. Uma
terceira esfera, idêntica as duas primeiras, está inicialmente
descarregada. Se a esfera 3 encostar na esfera 1 e depois for
separada e encostar a esfera 2 e for separada, qual a carga
residual em cada esfera?
Forças Elétricas sobre objetos descarregados

Notamos que um corpo eletricamente carregado pode exercer
força até mesmo sobre objetos descarregados.

O pente de plástico, carregado negativamente, produz um ligeiro
deslocamento das cargas das moléculas no interior do isolante
neutro, um efeito chamado polarização. Quem estudou
primeiramente a força entre as partículas carregadas foi Charles
Coulomb.
Lei de Coulomb

O módulo da força elétrica entre duas cargas puntiformes é
diretamente proporcional ao produto das cargas e inversamente
proporcional ao quadrado da distância entre elas.
A força está direcionada sobre a reta que passa pelas duas
cargas.
Em termos matemáticos, dizemos que, quando duas cargas q1 e
q2 estão separadas por uma distância r, o módulo F da força que
qualquer uma das cargas exerce sobre a outra pode ser expresso
pela relação:
F = K.|q1.q2|
r2
K = 8,99 x 109 N.m2/C2
K é uma constante de
proporcionalidade
chamada de Constante
de Coulomb

Interações entre cargas puntiformes
Exercícios
1)
Num átomo de hidrogênio, a separação média entre o elétron e o
próton é cerca de 5,3 . 10-11m. Calcular o módulo da força
eletrostática de atração do próton sobre o elétron.
2) Três cargas puntiformes estão sobre o eixo dos “x”. A carga q1 =
25nC está na origem, q2 = -10nC está em
x = 2m e q0 = 20nC
está em x = 3,5m. Calcular a força resultante em q0, provocada por
q 1 e q 2.
y,m
+
-
+
q1
q2
qo
x,m