Aula Teórica

Eletricidade
Interacções fundamentais
 As interacções entre os constituintes mais
elementares da matéria, conhecidos até
ao presente, podem ser classificadas em 4
tipos (em ordem crescente da intensidade
da interacção)
Gravitacional
Nuclear fraca
Electromagnética
Nuclear forte
Eletrostática
Eletrodinâmica
Eletromagnetismo
Fenómeno da atração das cargas foi constatado por
Tales de Mileto que observou que o âmbar depois de
friccionado atraia pequenos objetos
No século XVI, Gilbert constatou que muitos outros
corpos possuíam a mesma propriedade que o âmbar
(electron em grego) e designou a referir eletrizado
(semelhante ao âmbar) esse estado em que o corpo
possui a propriedade de atrair outros corpos
Benjamin Franklin desenvolveu uma teoria que designou de fluido
único, que era indestrutível, associado à matéria em maior ou
menor quantidade
- os corpos que possuíam a quantidade normal eram neutros
- os corpos que tivessem mais que o normal eram negativos
- os corpos que tivessem excesso de fluído único eram positivos
Thomson
Rutherford
Neils Bohr
Schrodinger
Carga elétrica
 A existência de atração e repulsão foi descrita
pela primeira vez em termos de cargas elétricas
por Charles François de Cisternay du Fay em
1773. Investigando-se a eletrização por atrito
concluiu-se que existem dois tipos de carga:
carga positiva e carga negativa
Quantização da carga
 todos os objectos diretamente observados na
natureza possuem cargas que são múltiplos
inteiros da carga do eletrão
a unidade de carga C, é o coulomb
A Lei de Coulomb
 A primeira constatação de que a interação entre
cargas eléctricas obedece à lei de força
Sendo:
r - distância entre as cargas
F - o módulo da força
Esta constatação foi feita por Priestley em 1766. Priestley observou que um recipiente metálico carregado, não possui
cargas na superfície interna, não exercendo forças sobre uma carga colocada dentro dele.
A Lei de Coulomb
Medidas diretas da lei foram realizadas em
1785 por Coulomb, utilizando uma balança
de torção.
sendo
A Lei de Coulomb
O resultado obtido por Coulomb pode ser
expresso como
q1 e q2 – grandeza escalar que são ao valor o sinal das respectivas cargas
^
r12 - vector
unitário da carga 1 para a carga 2
A Lei de Coulomb
- As forças gravitacionais são sempre atrativas
- As forças eléctricas podem ser atrativas ou repulsivas
Lei de Coulomb
Q1Q2
F = K ------R2
Lei da gravidade
M1 M2
F = G ------R2
O Campo eléctrico
Consideremos a equação
aplicada à força sentida por uma carga q0, devida
à N cargas q1 q2 … qn
onde
é a distância desde a carga
até o ponto do espaço onde se
encontra a carga
e
é o vector unitário apontando na direcção da
linha que une as cargas
e , no sentido de
para
O Campo eléctrico
 A mesma equação pode ser escrita formalmente
como:
 sendo:
 A grandeza
é denominada campo eléctrico
O campo elétrico
Para que se possa observar, ou seja, medir, o
campo elétrico , é necessário posicionar uma
carga num determinado ponto do espaço,
medir a força sentida por esta carga e calcular
a razão
supondo uma situação idealizada, onde a carga
campo produzido pelas outras cargas
não altera o
O campo elétrico
a interação entre duas cargas ocorre em
duas etapas:
 Primeiro a carga cria o campo ,
 em seguida, a carga interage com o campo
 Este processo é de fundamental importância em problemas dependentes do tempo,
tendo em vista que os sinais eletromagnéticos se propagam-se, no vácuo, com a
velocidade da luz
Linhas de campo
a visualização qualitativa do campo elétrico
pode ser feita usando as chamadas linhas de
campo.
Linhas de campo
As linhas são tangentes, em cada ponto, à
direção do campo elétrico neste ponto.
A intensidade do campo é proporcional ao
número de linhas por unidade de área de uma
superfície perpendicular às linhas.
Linhas de campo
Linhas de campo de uma carga puntiforme positiva e de uma carga
punctiforme negativa.
Linhas de campo
Linhas do campo de um dipolo
Linhas de campo
Fluxo do campo elétrico
 Campo uniforme
área A
atravessando uma superfície ortogonal de
 Campo uniforme atravessando uma superfície, cuja normal
forma um ângulo com a direção do campo
Lei de Gauss
Q
E
.
dS
=
SF εo
 O fluxo do campo elétrico através de uma superfície fechada é
igual à carga total no interior dessa superfície dividida por ε0
 - Lei equivalente à lei de Coulomb.
 - Formulação inversa – através do conhecimento do campo
podemos conhecer a carga total.
 -Permite-nos calcular o campo em problemas com distribuições
simétricas de carga.
ε = 8.84×10−12 C2 N−1 m−2
[Q] = coulomb
Campo elétrico
O campo elétrico é uma grandeza física.
Rodeia qualquer carga e estende-se até o infinito.
Q
E=k 2
r
F=qE
E=V /d
Os átomos de um material vão interferir
no movimento dos electrões e, portanto,
também participarão das propriedades
elétricas do material.
Cargas elétricas (livres) podem movimentar-se sob a ação de
campos elétricos e magnéticos, e em diversos ambientes.
No caso de eletrões movendo-se em resistências, em regime
estacionário, sob a acção de um campo elétrico
Deslocação
Campo elétrico
Intensidade da corrente elétrica
Define-se intensidade de corrente elétrica
como a quantidade de cargas que atravessa a
secção recta de um condutor, por unidade de
tempo. Isto é,
q
i=
t
A corrente eléctrica por unidade de área
transversal define o módulo do vector densidade
de corrente J.
i
J=
A
Carga Elétrica


A carga elétrica é uma propriedade fundamental da matéria.
As cargas eléctricas do protão, do eletrão e do neutrão são,
respetivamente




Qp = e = 1.6*10-19 C
Qe = -e = -1.6*10-19 C
Qn = 0 C
as massas em repouso são

mp mn = 1.672*10-24g

me = 9.11*10-28

e os raios, assumindo-as esféricas, são

rp  rn re = 2.81*10-15m
Força Elétrica

A Lei de Coulomb estabelece que duas cargas
elétricas pontuais se atraem ou repelem com uma
força cuja intensidade é:
Campo elétrico

O campo elétrico é uma medida da acção
que uma carga exerce sobre as cargas
eléctricas localizadas no seu raio de
acção.
E – campo elétrico [ N/C ]
q – carga [ C ]