12 Elementos de Eletrostatica

LEDCURSO DE

ELETROMECÂNICA

( Analise de Circuítos: CC e CA )

Profº. Edmilson

2 ELEMENTOS DE ELETROTÁTICA

1 INTRODUÇÃO

I INTRODUÇÃO

A ELETRICIDADE  A eletricidade está presente praticamente em tudo que fazemos atualmente, seja no simples apertar de um interruptor, seja num acionamento de um computador, no fazer de um suco através de um liquidificador, na utilização de um aparelho condicionador de ar, num secador de cabelos, chuveiros elétricos, para passar roupas(ferro elétrico), nos motores elétricos para acionamento de equipamentos de grande porte(esteiras rolantes, elevadores, locomotivas), etc. Ora, a eletricidade faz parte de nossas vidas, nas situações de conforto e na execução de tarefas, e o mercado de trabalho está sempre aberto para quem sabe dominar seus conceitos e técnicas de utilização.

Átomos: A matéria é constituída de pequenas partículas chamadas de átomos e cada átomo é formado, basicamente, por uma parte central denominada núcleo e por uma parte periférica chamada eletrosfera. A estrutura do átomo é bastante complexa, no momento basta saber que no núcleo está concentrada a quase totalidade da massa do átomo, representada pelos prótons e nêutrons, e que na eletrosfera ou coroa se encontram os elétrons, girando ao redor do núcleo em diferentes órbitas.

II – ELEMENTOS DE ELETROSTÁTICA

2 O ÁTOMO

3 MATERIA

 A menor parte da matéria, sem que a mesma perca suas características originais, é denominado molécula.

Mas se dividirmos as moléculas, elas perderão as suas características, obtendo-se nesta divisão, partículas denominadas átomos. O átomo é a menor porção da matéria. Constituição do átomo: Núcleo e Eletrosfera.

No núcleo temos os prótons e os neutros e na eletrosfera os elétrons. Os prótons possuem carga elétrica positiva ( + p ) os nêutrons possuem carga neutra, e os elétrons carga elétrica negativa ( – e ).

Carga Elétrica: A carga elétrica é um conceito primitivo, isto é, não pode ser definida; contudo, pode-se dizer que é quantidade de eletricidade.

4 CARGA ELETRICA

PROTÓN: (+) ELETRÓN: (-) NEUTRÓN: (nula)

Cargas elétricas de nome contrário se atraem. Cargas de mesmo nome se repelem.

Um corpo pode estar eletrizado de duas formas: *Positivamente: com falta de elétrons. *Negativamente: com excesso de elétrons.

5 PROPRIEDADES DAS CARGAS ELETRICAS

6 CONDUTORES E ISOLANTES

(a)Chamam-se condutores as substâncias nas quais os elétrons se locomovem com facilidade, devido ao fato de estarem fracamente ligados aos átomos. Como exemplos temos os metais de uma maneira geral, e em particular, o carvão, o solo, o corpo humano, a água não-pura, etc.

Num condutor eletrizado, positiva ou negativamente, as forças de repulsão,que agem entre as cargas de mesmo sinal, fazem com que elas fiquem o mais distante possível uma das outras, e o maior afastamento é encontrado na superfície do corpo, ou seja, num condutor eletrizado as cargas elétricas se localizam na superfície.  

(b) Os Isolantes ou Dielétricos, ao contrário dos condutores, os elétrons não se locomovem com facilidade, pois estão fortemente ligados aos átomos. Ex: Borracha, plástico, vidro, água pura, vácuo, madeira seca, papel, ar seco, lã, etc.

** Um isolante também pode ser eletrizado. A diferença é que nos isolantes as cargas elétricas permanecem na região em que apareceram, enquanto nos condutores elas se distribuem pela superfície do corpo.**

7 Processos de Eletrização:

(a) Atrito: Os dois corpos ficam eletrizados com cargas iguais, porém de sinal contrário.(b) Contato: Os corpos ficam eletrizados com carga de mesmo sinal.(c) Indução: Ocorre apenas uma separação entre algumas cargas positivas e negativas do corpo** (+ Terra) : O corpo induzido se eletrizará sempre com cargas de sinal contrário às do indutor.

8 Eletroscópio: É um aparelho que se destina a indicar a existência cargas elétricas, ou seja, identificar se um corpo está eletrizado. (a) Pêndulo Eletrostático: É constituído de uma esfera leve e pequena, em geral de cortiça ou isopor, suspensa por um fio flexível e isolante que está preso a um suporte.

1° Com a esfera neutra: Se aproximarmos um corpo da esfera e ele estiver eletrizado, por indução, haverá atração. 2° Com a esfera eletrizada (Carga Conhecida Ex: Positiva): Ao aproximarmos um corpo e houver atração, significa que a carga do corpo é negativa, se houver repulsão a carga do corpo é positiva.

(b) Eletroscópio de Folhas: É constituído de duas folhas metálicas, finas e flexíveis, ligadas em sua parte superior a uma haste, que se prende a uma esfera, ambas condutoras. Normalmente, as folhas metálicas são mantidas dentro de um frasco transparente, a fim de aumentar a sua justeza e sensibilidade.

9 CARGA ELETRICA ELEMENTAR

VALOR DA CARGA ELEMENTAR “ e ” : Experimentalmente constatou-se que a menor quantidade de carga elétrica “ e ” encontrada na natureza é a carga de um elétron ou de um próton cujo valor é: (próton) e = + 1,6.10-16 C e (eletrón) e = - 1,6.10-16 C. OBS: 1C = 6,25 . 1018 e . ( elétrons ou prótons , conforme o sinal da carga . )

10 LEI DE COULOMB: “ As forças de Atração ou de repulsão entre duas cargas elétricas é diretamente proporcional ao produto das cargas elétricas e inversamente proporcional ao quadrado da distância que a separa ”.

F: Força Elétrica ; Q , q : cargas elétricas (em módulo) ; k : constante de proporcionalidade.

Representação Gráfica da Lei de Coulomb:

Cargas de Mesmo Sinal: F positiva repulsão.Cargas de Sinal Contrário: F negativa atração.

VALOR DA CONSTANTE K: A constante k depende do meio onde as cargas se localizam e do sistema de unidades adotado. Para o vácuo,

11 Potencial Elétrico: Depende da quantidade de carga que o corpo tem das suas dimensões e do meio onde está o corpo, podendo ser uma quantidade positiva ou negativa, de acordo com a carga que tem. O potencial elétrico está relacionado com a capacidade que as cargas tem de realizar trabalho.

No caso do corpo ser esférico e de raio R, o seu potencial elétrico é dado pela equação: Unidade: volt (V)

Diferença de Potencial (ddp):

A ddp é uma das grandezas mais importantes da eletricidade, sendo utilizada para explicar o movimento das cargas elétricas.Relação entre Trabalho e ddp:

Ex. ddp: Dado os potenciais a seguir calcule a ddp entre eles.a) Va = 10 V e Vb = 8V → ddp ab = (10) – (8) = 2Vb) Va = 10 V e Vb = – 8V → ddp ab = (10) – (– 8) = 18 Vc) Va = – 10 V e Vb = 8V → ddp ab = (– 10) – (8) = – 18 Vd) Va = – 10 V e Vb = – 8V → ddp ab = (– 10) – (–8) = – 2

V

REVISÃO: MTM

MTM 1 Operações com Números Reais (lR).

a) Soma ou Subtração: *Sinais iguais: soma-se e conserva-se o sinal; *Sinais diferentes: subtrai-se e dar-se o sinal do n° de maior modulo.

b) Multipicação ou Divisão:*Sinais iguais: Positivo. *Sinais diferentes: Negativo.

MTM 2 Potência

a) Operações com potencias de mesma base:

Multiplicação: conserva-se a base e soma-se os expoentes.Divisão: conserva-se a base e subtrai-se os expoentes.

b) Potencia de base 10 ... 0000000000001,000000000000 ...* Expoente positivo: Vírgula para direita.

* Expoente negativo: Vírgula para esquerda.

1 Realizar as operações utilizando as potencias de base 10:a)40000 . 25000 =b)0,009 ÷ 3000 =c)(50000 . 0,004) ÷ 0,0008 =

Atividades:

2 Transforme: (Utilize a potência de base 10).a)7 kV → V b) 17 μC → C c) 27 mA → Ad) 15 kΩ → Ω e) 38 μA → A f ) 45 pF → F

3 Calcule a força de interação entre duas cargas elétricas: Q1 = 7 μC e q2 = 3 μC, no vácuo, separadas por uma distância de 5 cm.( Utilize a Lei de Coulomb ).

4 Qual o potencial elétrico em um ponto P, situado a 40 cm de uma carga elétrica puntiforme de 8 μC ?

5 Qual a ddp entre: a) Va = - 15 V e Vb = - 47 V ?

Pág. 12

4 Quantos elétrons devem ser retirados de um corpo neutro para que fique com 0,1 C ?

5 Quantos elétrons devem ser colocados em um corpo neutro para que fique com uma carga de – 6 mC ?

6 Em um corpo neutro foram colocados 1014 elétrons. Com que carga ficará o corpo ?

7 De um corpo foram retirados 2 . 1014 elétrons, ficando o corpo com uma carga de – 32 μC. Qual era a carga inicial do corpo ?