Apostila - Eletricidade Básica

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Parte I

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    Maioria dos materiais eletricamente

    neutra: no apresenta efeitos eltricos.

    Veremos neste captulo que h meios de

    carregar eletricamente um corpo, ou seja, torna-

    lo eletrizado.

    Convivemos diariamente com vrias

    ocorrncias que comprovam a existncia da

    eletricidade esttica. Em dias secos, por exemplo,

    nosso corpo pode ficar carregado eletricamente

    ao caminharmos sobre um tapete. Em dias assim,

    tambm comum nossos cabelos ficarem

    eletrizados ao nos pentearmos.

    Carga Eltrica

    O conceito de carga eltrica remonta Antiguidade clssica. H registros de que gregos esfregavam peles de carneiro com pedaos de mbar, uma resina vegetal fssil que, ao ser atritada, atrai os corpos que lhe estejam prximos. Se dois pedaos de mbar forem atritados, porm, eles iro se repelir. A palavra eltrico vem do grego lektron, que significa mbar-amarelo, pois se considerava essa propriedade de atrair corpos prximos, depois de atritados especificamente desse material. Vamos estudar diversos conceitos da eletrosttica parte da Fsica que se ocupa da anlise de sistemas de cargas em equilbrio.

    ESTRURURA DO TOMO

    O menor valor de carga eltrica possvel do possvel do prton e do eltron e chamado de carga elementar (e) qprton = + 1,6. 10

    -19C qeltron = - 1,6. 10

    -19C A unidade de carga eltrica no SI: C

    (Coulomb), em homenagem a Charles Coulomb.

    CORPO ELETRIZADO

    Corpo neutro np = ne

    Corpo Eletrizado positivamente

    np > ne Cedeu e-

    Corpo eletrizado negativamente

    np < ne Recebeu e-

    1. CARGA ELTRICA (Q) DE UM

    CORPO Um corpo eletrizado est sempre com falta ou excesso de certo nmero n de eltrons, o mdulo de sua carga Q mltiplo inteiro da carga elementar:

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    ELETROSTTICA 1. Carga Eltrica

    2. Processos de Eletrizao

    3. Lei de Coulomb

    4. Campo Eltrico

    Captulo 1

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    1.1 PRINCPIOS DA ELETROSTTICA

    1.1.1 Princpio da atrao e repulso

    Verifica-se experimentalmente que cargas eltricas de mesmo sinal se repelem; cargas de sinais contrrios se atraem. IMPORTANTE: Entre um corpo carregado e outro eletricamente neutro haver atrao.

    1.1.2 Princpio da conservao das cargas

    Num sistema eletricamente isolado, a soma algbrica das cargas positivas as negativas sempre constante.

    Obs.: se a troca de cargas for por contato e os corpos forem idnticos, a carga final de cada um ser a mesma e dada por:

    2. PROCESSOS DE ELETRIZAO Um processo de eletrizao se caracteriza por uma transferncia (ganho ou perda) de eltrons de um corpo inicialmente neutro. O corpo pode ficar eletrizado por atrito, por contato ou por induo.

    a. Eletrizao por Atrito

    Ao atitar dois corpos estamos fornecendo energia para que haja transferncia de eltrons de um para o outro.

    Experimentalmente, podemos elaborar uma tabela para prever o sinal que cada substncia adquire quando atritada com outro material. Esse tipo de tabela conhecido como srie triboeltrica.

    b. Eletrizao por Contato O simples contato de um corpo neutro com um corpo previamente eletrizado provoca uma eletrizao por contato.

    OBSERVAES *Aps o contato, as quantidades de carga eltrica (Q) so proporcionais s dimenses do corpo. **Na eletrizao por contato os corpos adquirem cargas de mesmo sinal. c. Eletrizao por Induo

    Sabemos que um corpo eletricamente neutro quanto o nmero de prtons igual ao nmero de eltrons. Etapas para eletrizao por induo: Aproxima-se um basto eletrizado de

    um corpo neutro. Aterra-se o corpo neutro que deve ser

    condutor (eltrons que haviam se deslocado dentro do condutor descem pelo fio terra, procurando se afastar ainda mais do basto).

    Corta-se a ligao do induzido com a Terra.

    Afasta-se o indutor.

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    Obs.: A carga final do induzido de sinal contrrio ao da carga eltrica do indutor.

    CARGA ELTRICA PUNTUAL (OU

    PONTUAL)

    A carga eltrica puntiforme, na prtica, um corpo pequeno com dimenses desprezveis, e que se encontra eletrizado.

    3. FORA ELTRICA (LEI DE COULOMB)

    J sabemos que entre cargas eltricas existe uma fora eltrica F, podendo ser de atrao ou repulso, o que depende do sinal das cargas.

    Alm disso, pelo princpio da ao e reao, a intensidade da fora que uma carga eltrica exerce sobre a outra a mesma.

    A LEI DE COULOMB ESTABELE QUE: A intensidade da fora eltrica entre duas cargas eltricas puntiformes diretamente proporcional ao produto dos mdulos dessas cargas eltricas e inversamente proporcional ao quadrado da distncia que as separam.

    Onde: Mdulo das cargas eltricas. Distncia entre as cargas eltricas. Constante eltrica (ou eletrosttica). Depende do meio em que as cargas esto localizadas.

    OBS: Como a intensidade F da fora eltrica inversamente proporcional ao quadrado da distncia d entre as cargas, o grfico F x d ser:

    4. CAMPO ELTRICO A fora gravitacional e a fora

    eletrosttica so foras que atuam distncia, isto, a fora surge ainda que os corpos no estejam em contato. Tais foras so denominadas de foras de campo. A ideia de uma fora atuando distncia trouxe grandes dificuldades para os pensadores antigos. At mesmo Isaac Newton no se sentia confortvel com a ideia quando publicou sua lei da gravitao Universal. PENTEDO, Paulo Cesar. Conceitos e Aplicaes. Ed. Moderna

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    4.1 DEFINIO DE CAMPO ELTRICO

    De forma simples e objetiva podemos definir o campo eltrico como uma regio do espao que envolve a carga eltrica. E nessa regio qualquer carga colocada ficar sujeita ao de uma fora eltrica.

    4.2 DEFINIO DE VETOR CAMPO ELTRICO

    O vetor campo eltrico uma grandeza

    que mede o poder de fora sobre as cargas

    eltricas que esto inseridas nesse campo.

    : intensidade do campo eltrico

    : Fora eltrica : carga que recebe a fora (carga de prova) Unidade de campo: (Newton por Coulomb)

    4.3 CAMPO ELTRICO DE CARGA Q

    : constante eletrosttica : carga geradora : distncia entre a carga e o ponto

    4.4 LINHAS DE FORA

    Para representar de maneira simplificada o campo eltrico, comum usar-se o recurso de linhas de fora. Elas so linhas orientadas que, em cada ponto, apresentam a direo o sentido do vetor campo eltrico.

    Se Q > 0: as linhas saem da carga Se Q < 0: as linhas entram na carga.

    Observao Se q > 0: mesmo sentido para fora (F) e campo (E) Se q

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    4.6 CAMPO ELTRICO UNIFORME Para produzi-lo, precisamos de duas placas paralelas, carregadas com sinais opostos e bem prximas, de modo que a distncia entre elas seja muito menor que o comprimento das placas.

    Se as placas forem grandes e bem prximas, as linhas de campo sero paralelas e igualmente espaadas; teremos assim um campo eltrico uniforme.

    EXERCCIOS 1. (PUC-SP) Dispe-se de uma barra de vidro, um pano de l e duas pequenas esferas condutoras, A e B, apoiadas em suportes isolados, todos eletricamente neutros. Atrita-se a barra de vidro com o pano de l, a seguir coloca-se a barra de vidro em contato com a esfera A e o pano com a esfera B. Aps essas operaes: a. ( ) O pano de l e a barra de vidro

    estaro neutros. b. ( ) O pano de l atrair a esfera A c. ( ) As esferas A e B continuaro

    neutras. d. ( ) A barra de vidro repelir a esfera

    B. e. ( ) As esferas A e B se repeliro.

    2. (UF-SE) Dois corpos A e B so eletrizados por atrito e em seguida um corpo C, inicialmente neutro, eletrizado por contato com B. Sabendo-se que na eletrizao por atrito B perdeu eltrons para A, pode-se afirmar que ao final desses processos as cargas de A, B e C so respectivamente:

    a. ( ) Positiva, positiva e positiva. b. ( ) Positiva, negativa e positiva.

    c. ( ) Negativa, negativa e negativa. d. ( ) Negativa, positiva e positiva. e. ( ) Negativa, negativa e positiva.

    3. Um corpo inicialmente neutro eletrizado com carga Q = 32 C. Qual o nmero de eltrons retirados do corpo?

    Dado: e = 1,6. 10-19 C. 4. Duas cargas eltricas, Q1 = 1C e Q2 = 4C, esto separadas por uma distncia de 0,3m, no vcuo. Determine a intensidade da fora eltrica de repulso entre as cargas.

    5. Duas cargas eltricas, Q1 =9.10

    -6 C e Q2 = - 4.10

    -6 C esto separadas por uma distncia de 0,2m, no vcuo. Determine a intensidade da fora eltrica de atrao existente entre elas.

    6. Determine a intensidade do Campo Eltrico produzido por uma carga eltrica de 16 C, localizada no vcuo, a uma distncia de 0,01m da carga.

    7. A que distncia devem ser colocadas duas cargas positivas e iguais a no vcuo, para que a fora eltrica de repulso entre elas tenha intensidade de 0,1 N?

    8. Duas cargas eltricas positivas e puntiformes, das quais uma o dobro da outra, repelem-se com fora de intensidades 2,7 N no vcuo, quando a distncia entre elas de 10 cm. Determine a menor das cargas.

    9. Determine a intensidade do Campo Eltrico produzido por uma carga eltrica de 16 C, localizada novcuo, a uma distncia de 0,1m da carga.

    10. Duas cargas puntiformes, e , so fixadas nos pontos A e B, distantes entre si 0,6

    m, no vcuo. Sendo , e

    e ,

    determine a intensidade da fora eltrica

    resultante sobre uma carga ,

    colocada a 0,2 m de A, sobre a re