Aula-1 A carga elétrica e a lei de Coulomb

Aula-1
A carga elétrica e a lei de
Coulomb
Física 2
1o semestre, 2016
Forças existentes na natureza:
a) Força peso
(gravitacional);
b) Força Eletromagnética;
c) Força Nuclear.
Fc
F
Fa
Rc Fg
Rg
Na figura acima,com exceção da
força peso todas as outras forças
são de origem eletromagnética.
O eletromagnetismo
Eletricidade (eletrostática)
Fenômeno já conhecido na Grécia antiga. Ao atritar
determinados materiais (âmbar, em particular), eles
adquiriam a propriedade de atrair pequenos objetos.
Magnetismo (magnetostática)
Os gregos também sabiam que pedras de magnetita atraíam
amostras de ferro.
Eletromagnetismo
No século XIX, após os trabalhos de Oersted e Faraday,
Maxwell escreveu as equações que uniram a eletricidade ao
magnetismo, mostrando assim que ambas eram
manifestações de um mesmo fenômeno, o
eletromagnetismo.
A carga elétrica
Após esfregar um pente
num tecido qualquer,
observa-se que ele passa
a atrair pequenos
objetos.
Vidro atritado em seda ou
plástico atritado em lã
apresentam efeitos
distintos.
Objetos quando atritados
adquirem carga elétrica.
Existem dois tipos de
carga; a positiva e a
negativa. A escolha é
mera convenção.
Condutores e isolantes
Repetindo a experiência
anterior com um bastão
de metal neutro, ao
invés de vidro, observase que há cargas com
grande mobilidade:
elétrons,
“fluido” (originalmente
assim pensava-se) de
carga negativa.
Esses materiais são chamados condutores, ao contrário
daqueles onde o excesso de carga concentra-se apenas
numa determinada região, os isolantes. Metais, água e o
corpo humano são exemplos de condutores. Vidro, borracha
e plásticos são isolantes.
Condutores e isolantes
Antecipando a visão moderna da estrutura desses
materiais
isolantes
condutores
semicondutore
s
Há ainda os chamados supercondutores , onde o fluido
eletrônico flui sem resistência elétrica.
A lei de Coulomb
Cargas de mesmo sinal
se repelem e de sinais
contrários se atraem. As
forças formam um par
de ação e reação ao
longo da linha que une
as cargas.
Se as cargas q1 e q2
distam r uma da outra o
módulo da força
eletrostática entre elas é
dado por
| q1 | | q2 |
F =k
2
r
n
!
1 qi
F0 = q0 ∑
rˆ
2 0i
i =1 4πε 0 r0 i
A lei de Coulomb
Antecipando o conceito de corrente elétrica, a unidade de
carga é o Coulomb que é definida no SI como a carga
transportada por uma corrente de 1A que atravessa a
seção reta de um fio durante 1s.
dq = i dt
No SI a constante eletrostática k é dada
por
2
1
N.m
k≡
= 8.99 ×109
4πε 0
C2
A permissividade do vácuo, ε 0 , é dada por
ε 0 = 8.85 ×10 −12
C2
N.m 2
A lei de Coulomb
A lei de Coulomb
Lei da
Gravitação
F=
1 | q1 || q2 |
4πε 0
r2
2
F = G m1rm
2
Átomo de Hidrogênio: |qe| = |qp| = 1,6 X 10-19 C ,
r = 5,3 X 10-11m (distância média entre o próton e o
elétron).
me = 9,1 X 10-31 Kg, mp = 1,27 X 10-27Kg e
G = 6,67 X 109 N.m2/Kg2 (constante universal gravitacional)
Fel = 8,2 X 10-8 N
Fg = 3,6 X 10-47 N
Relação entre Fe / Fg = 2,28 X 1039
Estruturas dos Materiais: interação entre cargas.
A Lei de Coulomb
F2= F21+F23+F24
A lei de Coulomb
Problema Resolvido (indução de cargas).
+ -
+Q
+ -
-
-Q
+
+
+
+Q
Propriedades da carga elétrica
A quantização da carga
Millikan determinou a carga elementar (eletrônica) como sendo
e = 1.6 ×10 −19 C e portanto q = ne onde n = ±1,±2,...
Mas, a teoria do Modelo Padrão das partículas elementares
prevê os quarks que são partículas de carga
± 2e / 3 ou ± e / 3
A conservação da carga
Em todos os processos que ocorrem na natureza, desde a
transferência de carga por atrito até as reações entre
partículas elementares, a carga total do sistema considerado
234Th + 4He (decaimento
sempre se conserva. Ex. 238U
radioativo).
92e
= 90e
+ 2e