Cap. 1: Princípios da Eletrostática
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15/05/2012 Cap. 1 Princípios da Eletrostática Instituto Federal Sul-rio-grandense Curso Técnico em Eletromecânica Disciplina de Eletricidade Básica Prof. Rodrigo Souza Cap. 1: Princípios da Eletrostática Sumário • 1 - Princípios da Eletrostática – – – – – 1.1 - Introdução 1.2 - Teoria Eletrônica da Matéria 1.3 - Condutores e Isolantes 1.4 - Carga Elétrica 1.5 - Processos de Eletrização • • • • – – – – 1.5.1 - Atrito 1.5.2 - Contato 1.5.3 - Indução Eletrostática 1.5.4 - Indução Eletromagnética 1.6 - Campo Elétrico 1.6.1 - Intensidade do Campo Elétrico 1.6.2 - Direção e Sentido do Campo Elétrico 1.7 - Lei de Coulomb Prof. Rodrigo Souza 2 1 15/05/2012 Cap. 1: Princípios da Eletrostática 1.2 - Teoria Eletrônica da Matéria • Todo material é composto de moléculas • Toda molécula é formada por átomos • Partes do Átomo – Núcleo • Prótons (carga +) • Neutrons – Eletrosfera • Elétrons (carga -) Prof. Rodrigo Souza 3 Cap. 1: Princípios da Eletrostática 1.2 - Teoria Eletrônica da Matéria • Regra de Du Fay: Cargas elétricas de sinais iguais se repelem e de sinais diferentes se atraem. Prof. Rodrigo Souza 4 2 15/05/2012 Cap. 1: Princípios da Eletrostática 1.2 - Teoria Eletrônica da Matéria • Elétrons livres: – Elétrons da última camada que, por serem fracamente ligados ao núcleo, podem ser facilmente retirados do átomo Prof. Rodrigo Souza 5 Cap. 1: Princípios da Eletrostática 1.3 – Condutores e Isolantes • Condutores – materiais que conduzem a eletricidade – os elétrons da última camada dos seus átomos são fracamente ligados ao núcleo – possuem muitos elétrons livres – Exemplos: cobre, alumínio, metais em geral ... Prof. Rodrigo Souza 6 3 15/05/2012 Cap. 1: Princípios da Eletrostática 1.3 – Condutores e Isolantes • Isolantes: – materiais que não conduzem a eletricidade – os elétrons são muito ligados ao núcleo nos átomos que compõem o material – possuem poucos ou nenhum elétron livre – Exemplos: borracha, plástico, madeira seca ... Prof. Rodrigo Souza 7 Cap. 1: Princípios da Eletrostática 1.3 – Condutores e Isolantes Prof. Rodrigo Souza 8 4 15/05/2012 Curiosidade ... Prof. Rodrigo Souza 9 Prof. Rodrigo Souza 10 Curiosidade ... 5 15/05/2012 Curiosidade ... Prof. Rodrigo Souza 11 Cap. 1: Princípios da Eletrostática Curiosidade: Gerador Van de Graaff Prof. Rodrigo Souza 12 6 15/05/2012 Cap. 1: Princípios da Eletrostática 1.4 – Carga Elétrica • Corpo Neutro: sem carga elétrica (mesmo número de prótons e elétrons) • Carga Negativa: quando um corpo neutro ganha elétrons • Carga Positiva: quando um corpo neutro perde elétrons Prof. Rodrigo Souza 13 Cap. 1: Princípios da Eletrostática 1.4 – Carga Elétrica • Carga elétrica do Elétron = Carga elétrica do Próton (desconsiderando o sinal) • Carga elétrica elementar (e): valor da carga do Elétron ou do Próton 𝑒 = 1,6𝑥10−19 𝐶 • Carga Elétrica de um Corpo 𝑞 =𝑛×𝑒 Unidade de carga elétrica: Coulomb (C) Prof. Rodrigo Souza 14 7 15/05/2012 Cap. 1: Princípios da Eletrostática 1.5 – Processos de Eletrização • Eletrização por Atrito – Ao atritar dois corpos de materiais diferentes eles trocam elétrons – Todos elétrons arrancados de um corpo vão para o outro corpo, logo as cargas ficam iguais mas com sinais contrários – Um corpo fica com carga positiva (aquele que perde elétrons) – Outro corpo fica com carga negativa (aquele que ganha elétrons) Prof. Rodrigo Souza 15 Cap. 1: Princípios da Eletrostática 1.5 – Processos de Eletrização • Eletrização por Atrito Prof. Rodrigo Souza 16 8 15/05/2012 Cap. 1: Princípios da Eletrostática 1.5 – Processos de Eletrização • Eletricidade Estática: – Corpos podem acumular cargas elétricas após sofrer algum processo de eletrização, geralmente gerada por atrito. Isso produz um acumulo de cargas elétricas. – O contato desses corpos carregados com outros corpos pode gerar descarga da eletricidade acumulada. Isso pode causar problemas: • Queima de componentes eletrônicos sensíveis (processadores, memórias) • Explosões quando em contato com material combustível (caminhão de transporte de combustível) Prof. Rodrigo Souza 17 Cap. 1: Princípios da Eletrostática 1.5 – Processos de Eletrização Prof. Rodrigo Souza 18 9 15/05/2012 Cap. 1: Princípios da Eletrostática 1.5 – Processos de Eletrização • Eletrização por Contato • Contato com a Terra: descarga da eletricidade Prof. Rodrigo Souza 19 Cap. 1: Princípios da Eletrostática 1.5 – Processos de Eletrização • Eletrização por Indução Eletrostática Prof. Rodrigo Souza 20 10 15/05/2012 Cap. 1: Princípios da Eletrostática 1.5 – Processos de Eletrização • Eletrização por Indução Eletromagnética – Princípio de funcionamento dos geradores de energia elétrica Prof. Rodrigo Souza 21 Cap. 1: Princípios da Eletrostática 1.6 - Campo Elétrico • Uma carga cria ao seu redor um Campo Elétrico (E) que irá atuar em outras cargas que estiverem nas suas proximidades. Prof. Rodrigo Souza 22 11 15/05/2012 Cap. 1: Princípios da Eletrostática 1.6 - Campo Elétrico • Existe um Campo Elétrico uma carga (q) for colocada em um determinado ponto (P) e esta ficar submetida a uma força de origem elétrica (atração ou repulsão) • Intensidade do Campo Elétrico (no ponto P acima) 𝐹 𝐸= 𝑞 Prof. Rodrigo Souza 23 Cap. 1: Princípios da Eletrostática 1.6 - Campo Elétrico • Direção e Sentido do Campo Elétrico – Segundo o sinal da carga que cria o Campo Elétrico Prof. Rodrigo Souza 24 12 15/05/2012 Cap. 1: Princípios da Eletrostática 1.6 - Campo Elétrico • Comportamento das linhas de força do Campo Elétrico com mais de uma carga criadora – Cargas Diferentes Prof. Rodrigo Souza 25 Cap. 1: Princípios da Eletrostática 1.6 - Campo Elétrico • Comportamento das linhas de força do Campo Elétrico com mais de uma carga criadora – Cargas iguais Prof. Rodrigo Souza 26 13 15/05/2012 Cap. 1: Princípios da Eletrostática 1.6 - Campo Elétrico • Comportamento das linhas de força do Campo Elétrico com mais de uma carga criadora – Campo Elétrico Uniforme: mesmo módulo, direção e sentido Prof. Rodrigo Souza 27 Cap. 1: Princípios da Eletrostática 1.7 - Lei de Coulomb • As forças de atração e repulsão entre cargas elétricas ocorre devido a ação de seus campos elétricos Prof. Rodrigo Souza 28 14 15/05/2012 Cap. 1: Princípios da Eletrostática 1.7 - Lei de Coulomb • As forças são diretamente proporcionais ao produto das cargas e inversamente proporcionais ao quadrado da distância entre elas 𝐹= 𝐾0 × 𝑞1 × 𝑞2 𝑑2 – Constante de proporcionalidade do ar ou vácuo 𝐾0 = 9 × 109 Ω𝑚 2 𝐶2 Prof. Rodrigo Souza 29 Cap. 1: Princípios da Eletrostática Rigidez Dielétrica • Rigidez Dielétrica é o maior valor de campo elétrico que pode ser aplicado a um isolante sem que ele se torne condutor Prof. Rodrigo Souza 30 15 15/05/2012 Cap. 1: Princípios da Eletrostática Poder das Pontas • Em um condutor cuja superfície apresenta formato variável, a densidade de cargas elétricas é muito maior nas regiões pontiagudas. Prof. Rodrigo Souza 31 Cap. 1: Princípios da Eletrostática Poder das Pontas • Para-raios tipo Franklin Prof. Rodrigo Souza 32 16 15/05/2012 Cap. 1: Princípios da Eletrostática Blindagem Eletrostática • O Campo Elétrico no interior de um condutor é sempre nulo Gaiola de Faraday Cabo Coaxial Prof. Rodrigo Souza 33 17
