Aula Teórica
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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 ]
