ELETRICIDADE - 09032015.ppt

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  • 8/18/2019 ELETRICIDADE - 09032015.ppt

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    ELETRICIDADEELETRICIDADE 

    É o ramo da Física que estuda os fenômenosrelacionados às Cargas Elétricas. 

    a) Eletrostática - estuda as

    Cargas Elétricas em repouso.

    ) Eletrodin!mica " estudaas Cargas Elétricas emmo#imento.

    c) Eletromagnetismo - estuda osfenômenos que relacionam oCampo Elétrico e o Campo$agnético.

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    aproxime de pedaços depapel ou de cortiça.

    Atrite o pente, ou a caneta,com um pedaço de pano, oulã, ou seda;

    Verá ue o pente, ou a caneta, depoisde atritado, atrai aueles corpos le!es.

    Com essa o"ser!ação simplesconclu#mos ue o pente ou a caneta,uando atritado, aduire umapropriedade no!a, ue não possuiuando não $ atritado.

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    % &en'meno da atração, &oi desco"erto com o (m"ar, mais ou menos )á *+s$culos, pelo &ilso&o -re-o Tales, da cidade de ileto.

    %"ser!ou ue o (m"ar, depois de atritado, aduire a propriedade de atraircorpos le!es. Essa o"ser!ação de Tales permaneceu isolada. 

      C o  n  t e  x  t o

       H  i s  t ó

      r  i c o

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    /o s$culo 0VI, 1illiam 2il"ert, m$dico da rain)a I3a"el da In-laterra,desco"riu ue muitos outros corpos, uando atritados, aduirem a

    propriedade de atrair corpos le!es, isto $, se comportam como o (m"ar.

    4ara indicar ue esses corpos esta!am secomportando como o (m"ar, 2il"ert di3iamue esta!am eletri3ados. Isso porue em-re-o o (m"ar se c)ama electron, e com apala!ra eletri3ada ele ueria di3er 5do

    mesmo modo ue o electron5. E 6 causadessa propriedade ue aparece uando oscorpos são atritados, 6 ual 2il"ert nãocon)ecia, ele c)amou eletricidade. At$ )o7emantemos essas express8es9 c)amamoscorpo eletri3ado 6uele ue está com apropriedade de atrair outros corpos, isto $,ue mani&esta eletricidade. E c)amamoscorpo neutro 6uele ue não está eletri3ado.

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    Desde ue começaram os estudos de Eletrostática, os )omens se preocuparampor sa"er ual seria a nature3a da eletricidade. A primeira teoria a esse respeito&oi &ormulada por :en7amin rannico. Admitia ue todo corpo possu#ssecerta uantidade de um &luido indestrut#!el, associado a mat$ria em maior oumenor uantidade. ?m corpo em estado neutro teria uma uantidade desse&luido el$trico ue era c)amada a uantidade normal de &luido para essecorpo. @e o corpo ti!esse excesso desse &luido estaria eletri3ado

    positi!amente. @e ti!esse &alta, estaria eletri3ado ne-ati!amente .

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    4osteriormente se criou a teoria dos dois &luidos. Consistia em admitir ue emtodos os corpos existissem, em uantidades praticamente ilimitadas, dois &luidosel$tricos9 um positi!o, outro ne-ati!o. %s &luidos de mesma esp$cie se repeliriam,e os de esp$cies di&erentes se atrairiam. ?m corpo estaria eletri3ado positi!a oune-ati!amente de acordo com o excesso de um &luido so"re o outro .

    5Atualmente, tomando como ponto de partida ue os el$trons e osprtons são part#culas materiais dotadas de car-a el$trica, nsconse-uimos explicar uase a totalidade dos &en'menos el$tricos

    con)ecidos”. 

    As id$ias atuais a respeito da eletricidade s puderam sur-irdepois ue os sicos começaram a descon&iar da existncia doel$tron, em &ins do s$culo 0I0, e pouco tempo depois !ieram acon&irmar a sua existncia.

    %&omson 'ut&erford Schrodinger 

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    ELETROSTÁTICA

    Teoria at'mica moderna :

     A matéria é constit!da "or  átomos# e estes "or sa $e% s&o 'ormados "orel$trons# prtons e nutrons. (esco)ri*se +e os e,étrons e os "rótons"ossem car-a el$trica# e +e os n-trons n&o.

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    Car-a el$trica nada mais $ do ueuma propriedade existente entreprtons e el$trons ue possi"ilita aocorrncia de interação entre eles.Lem"reBse ue ocorre interação entre

    dois corpos uando eles trocam&orças entre si, ou se7a, uando umaplica &orça so"re o outro.

    Existem dois tipos de car-as, e decidiram c)amar uma de positi!a e outra de ne-ati!a B , somente para di&erenciáBlas. Adotaram acar-a positi!a para o tipo de car-a do prton e ne-ati!a para o tipo decar-a do el$tron .

    ConstatouBse tam"$m ue a interaçãoentre estas car-as acontece da se-uinte maneira9  car-as de mesmo sinal serepelem enuanto car-as de sinaisopostos se atraem 

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      C%R4%@ ELETRIFAD%@ A car-a el$trica de um 4rton ou de um El$tron $ c)amada de car-ael$trica elementar, sendo representada por e; no @istema Internacional,

    seu !alor $9e G H,J . KB coulom" G ,J . KB C 

    De modo -eral os corpos são &ormados por um -rande n>mero deátomos. Como a car-a de cada átomo $ nula, a car-a el$trica total

    do corpo tam"$m será nula e diremos ue o corpo está neutro . 

    npGne  corpo neutro

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    /o entanto $ poss#!el retirar ou acrescentar el$trons de um corpo, pormeio de processos ue !eremos mais adiante. Desse modo o corpoestará com um excesso de prtons ou de el$trons; di3emos ue ocorpo está eletri3ado 

    npMne corpo eletri3ado positi!amente

    &alta de el$trons

      npNne corpo eletri3ado ne-ati!amente  excesso de el$trons

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      E0E4L% 9 

    ?m corpo está eletri3ado com C, uantosel$trons ele tem em &altaO

      P G n.e

    Car-a el$trica num corpo P 

    = a -rande3a #sica associada á uantidade de eletricidadepresente num corpo, e pode ser calculada por9

      P G n.e

    n B n>mero de el$trons em excesso ou em &altanum corpoe G ,J . KB coulom" G ,J . KB C

    c G n.,J .K B 

    n G J,*+.K Q el$trons

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    Coulom"J,*+.K Q el$trons , $ uma uantidade de car-a muito -randeaproximadamente seis uintil)8es de el$trons .@eria praticamente imposs#!el manter essa uantidade de car-a so"controle,caso esti!esse concentrada numa re-ião muito peuena .reuentemente as car-as el$tricas dos corpos $ muito menor do ue

    Coulom". Assim usamos su"m>ltiplos. %s mais usados são9

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    á materiais , ue no seu interior os el$trons podem se mo!er com&acilidade. Tais materiais são c)amados condutores el$tricos. ?m casode interesse especial $ o dos metais. /os metais, os el$trons maisa&astados dos n>cleos estão &racamente li-ados a esses n>cleos epodem se mo!imentar &acilmente. Tais el$trons são c)amados el$tronsli!res.

    Exemplos9

    C%/D?T%RE@ E I@%LA/TE@ 

    %uro, prata, co"re &erro, alum#nio.... 

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     Exemplos9

    á materiais , ue no seu interior os el$trons tm -randedi&iculdade de se mo!imentar, eles estão &ortemente li-ados aosátomos. Dizemos que o material não é um bom condutor elétrico,ou seja, é um isolante elétrico ( também chamado de dielétrico ).

     :orrac)a , plástico , isopor , e"onite , !idro , lã ...

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    = poss#!el, produ3ir separação de car-as el$tricas por meios deprocessos de eletri3ação como atrito e indução, entre certas esp$ciesde materiais, Esse processo de separação de car-as pode ser

    o"ser!ado em muitas situaç8es do cotidiano . 

    4orue um corpo se eletri3aO

    %s raios ue aparecem durante as tempestades são -randesmo!imentos de car-as el$tricas da Terra para as nu!ens ou dasnu!ens para a Terra. Essas -randes uantidades de car-as nas

    nu!ens são produ3idas por atrito das -ot#culas de á-ua com oar.

    /o in!erno, num dia em ue o ar está muito seco aomanusearmos a-asal)os de lã ou de &ios sint$ticos,podemos ou!ir estalidos e, ainda o"ser!ar &a#scas saltando

    entre &ios ue &oram eletri3ados por atrito. 

     / a s  t ec e l a- e n s

      e  n a s  & á " r ic a s d e  p a p

     e l  7 o r n a l,  o  t ec i

    d o  o u  o  p a p e l  p

     a s s a m 

     p e l o s  r o l o s  m e t

     á l ic o s d a s  m á

     u i n a s  p r o ! oc a nd o,  p o r

      a t r i t o , o  a p a r e

    c i m e n t o 

    d e c a r- a s  e l $ t r

     ic a s. 4 a r a  e ! i t a

     r  e s s e  p e r i- o, l a

     nç aB s e  ! a p o r d e  á- u a  n o

     

     a m " i e n t e, o  u e

      ac a r r e t a  a d e p

     o s iç ã o d e  & i n # s

     s i m a c a m ad a d

     e - o t #c u l a s d e 

     á- u a  s o " r e  a

     s  p eç a s  u e  s e

      a t r i t a m. E s s a  p

     e l #c u l a  r e t i r a  a

     s c a r- a s d e 

     e l e t r i 3 aç ã o, r ed u 3 i nd o 

     o s  p e r i- o s d e  & a

     # sc a s  i nd e s e 7 á !

     e i s.

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    % peri-o da ocorrncia de &a#scas causadas por descar-as el$tricasexiste nas re&inarias de petrleo ,em certas industrias de materiaisin&lamá!eis e mesmo em )ospitais , nas salas de cirur-ia , 7á ue amaioria dos anest$sicos -era !apores altamente explosi!os. 

    % t it d & l d iã d l t i ã

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    % atrito da &usela-em de um a!ião com o ar produ3 a eletri3ação , para oescoamento dessas car-as durante o !'o existem nas asas peuenos &iosmetálicos./o a"astecimento de um a!ião , o mesmo $ conectado 6 terra para ueposs#!eis car-as el$tricas existentes na sua &usela-em se7am escoadas ,e!itandopeuenas descar-as ue poderiam explodir o com"ust#!el ue está sendo

    introdu3ido no seu tanue.

    P d li $ t t d i )8 ) l) d li &

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    Puando a -asolina $ transportada em camin)8es, o c)acoal)ar da -asolina, &a3com ue ela se atrite com as paredes do camin)ão, pode -erar car-a el$trica.Puando uma pessoa toca com as mãos a !ál!ula para descarre-ar a -asolina,pode saltar uma &a#sca ue produ3irá a com"ustão do !apor de -asolina. 4arae!itar isso, esses camin)8es mantm uma corrente metálica se arrastando no

    c)ão. Essa corrente condu3 para a terra ualuer car-a el$trica ue se possa-erar. 4or isso, antes de descarre-arem o com"ust#!el nos postos, são aterrados./os lu-ares muito secos, isto $, onde )á pouco !apor dSá-ua no ar, $ peri-osolimparBse roupa atritandoBa com um pano em"e"ido em -asolina, porue o atritopode -erar car-as el$tricas, ue podem dar &a#scas, ue por sua !e3 podemincendiar os !apores de -asolina.

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      ELETRIFAU% 4%R ATRIT% Es&re-ação 

    4R%CE@@%@ DE ELETRIFAU% 

    Puando atritamos es&re-amos dois corpos &eitos de materiaisdi&erentes, pode ocorrer passa-em de el$trons de um corpo paraoutro, de modo ue o corpo ue perdeu el$trons &ica eletri3adopositi!amente enuanto o corpo ue -an)ou el$trons &icaeletri3ado ne-ati!amente. 

    Experimentalmente o"t$mBse uma s$rie, denominada s$rie tri"oel$trica 

    ue nos in&orma ual corpo &ica positi!o e ual &ica ne-ati!o. A se-uirapresentamos al-uns elementos da s$rie9 

    %"ser!ação9/em todo par de corpos se eletri3a. =

    preciso ue eles ten)am di&erentestendncias para reter ou ceder el$trons.

    ... Vidro, mica, lã, pele de -ato, seda, al-odão, e"onite, co"re ...

      @encia crescente

      maior capacidade de doar el$trons

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    Considere um "astão de !idro atritadoem um pedaço de lã . % !idro aparece

    antes da lã na s$rie tri"oel$trica. 

    Exemplos de eletri3ação por atrito

     4ortanto o !idro &ica positi!o e a lãne-ati!a, isto $, durante o atrito, o !idrotrans&ere el$trons para a lã. 

    * 4or$m, se atritarmosa lã com um "astão de e"onite,

    como a lã aparece na s$rietri"oel$trica  antes ue a e"onite, alã &icará positi!a e a e"onite &icaráne-ati!a isto $ , durante o atrito , a lãtrans&ere el$trons para a e"onite 

    %s corpos eletri3ados por atrito, &icameletri3ados com car-as el$tricas demesmo mdulo, mas de sinaiscontrários.

    ... Vidro, mica, lã, pele de -ato, seda,al-odão, e"onite, co"re ...

     

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      ELETRIFAU% 4%R C%/TAT% ELETRIFAU% 4%R C%/TAT%

    Consideremos um condutor A ,

    eletri3ado ne-ati!amente e um condutor: , inicialmente neutro . 

    @e colocarmos os condutores emcontato, uma parte dos el$trons emexcesso do corpo A irão para o corpo:. 

    %s dois corpos &icam eletri3ados

    com car-a de mesmo sinal. 

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     % &ato de o corpo C estar carre-adopositi!amente si-ni&ica ue perdeuel$trons, isto $, está com excesso deprtons. 

    @upon)amos a-ora um condutor C carre-ado positi!amente e umcondutor D inicialmente neutro . 

    Ao colocarmos em contato os corpos C e D, )a!erá passa-em de el$trons docorpo D para o corpo C , de modo ueno &inal, os dois corpos estarão

    carre-ados positi!amente . 

    %"ser!aç8es 9 /a eletri3ação por contato, oscorpos &icam eletri3ados com car-as demesmo sinal.

    * A soma al-$"rica das car-as el$tricas

    de!e ser a mesma antes, durante e apso contato.Lei Du aW

    X A proporção de car-a el$trica no&inal, em cada condutor, depende da&orma, das dimens8es e do meio ue

    en!ol!em esse condutor.

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     Ao se li-ar um condutor eletri3ado 6 Terra , ele perde suaeletri3ação ou se7a ele se neutrali3a. A Terra $ muito maior ueos condutores com ue usualmente tra"al)amos, a car-a

    el$trica do condutor, aps o contato, $ praticamente nula .

    Li-ação 6 Terra Aterramento B &io Terra  

    E0E4L%@ 

    % condutor positi!amente eletri3ado, ao

    ser li-ado á Terra, perde sua eletri3açãoem !irtude da su"ida de el$tronspro!enientes da Terra.

    % condutor ne-ati!amente eletri3ado,ao ser li-ado á Terra, perde suaeletri3ação em !irtude da descida de

    el$trons pro!enientes do corpo .

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    A Terra $ um -rande doador e receptor de el$trons. @e !oc encostarum corpo ue ten)a excesso de el$trons na terra, ela rece"erá os

    el$trons excedentes, &a3endo com ue o corpo &iue neutro. as se!oc encostar um corpo ue ten)a &alta de el$trons, a terra 5dará5 aocorpo os el$trons necessários para ue o corpo &iue neutrono!amente. Esta $ a &unção do &io terra existente em muitos aparel)oseletr'nicos. 4ortanto a terra neutrali3a os corpos carre-ados ueentram em contato com ela.

    Em resumo 

    )ttp9YYZZZ.-iamar.com."rYtextos[dados[tecnicosYc)oue[&o-o[desperdicioYproco"re.sZ& 

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    Aproximemos o condutor A carre-adone-ati!amente e um condutor : inicialmente neutro ,mas sem colocáBlos em contato. 

    ELETRIFAU% 4%R I/D?U% 

    \ @e des&i3ermos a li-ação com a Terrae em se-uida a&astarmos no!amente oscorpos, as car-as positi!as de :espal)amBse por sua supercie.

     en'meno de separação de car-as el$tricas em um condutor pelasimples presença de um outro condutor eletri3ado.

     * A presença do corpo eletri3ado A pro!ocaráuma separação de car-as no condutor : uecontinua neutro. Essa separação $ c)amada deindução.

    X @e li-armos o condutor : 6 Terra , ascar-as ne-ati!as, repelidas pelo corpo A escoamBse para a Terra e o corpo : &icacarre-ado positi!amente. 

    /o processo de eletri3ação porindução, o condutor indu3ido e o

    condutor indutor &icam eletri3ados comcar-as el$tricas de sinais contrários.

    Repetimos a situação em ue o corpo : condutor está neutro mas

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    I/D?U% E I@%LA/TE@ 

    Repetimos a situação, em ue o corpo : condutor está neutro, masapresentando uma separação de car-as. As car-as positi!as de : são atra#daspelo corpo A  enuanto as car-as ne-ati!as de : são repelidas por A . 4or$m, adist(ncia entre o corpo A e as car-as positi!as de : $ menor do ue a dist(nciaentre o corpo A e as car-as ne-ati!as de :. Assim, pela Lei de Coulom", o ue

    &a3 com ue a &orça resultante se7a de atração. 

    De modo -eral, durante a indução, sempre )a!erá atração entre o corpoeletri3ado indutor e o corpo neutro indu3ido.

    Puando um corpo eletri3ado A aproximaBse de um corpo :, &eito de

    material isolante, os el$trons não se mo!imentam como nos condutores,mas )á, em cada mol$cula, uma peuena separação entre as car-aspositi!as e ne-ati!as, denominada polari3ação. Veri&icaBse ue tam"$mneste caso o e&eito resultante $ de uma atração entre os corpos .

    A  :

    Eletroscpios9

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      Eletroscpios9Dispositi!os destinados a !eri&icar, se um corpo está ou não eletri3ado.

    ?m eletroscpio simples $ o pndulo el$trico. = constitu#do por uma )aste de suporte e por um &io deseda com uma "ola de isopor ou outro material adeuado na

    sua extremidade.

    As ima-ens se-uintes descre!em a sucessão de &ases deuma experincia eletrostática.

     / 

    Eletroscpio de &ol)as

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    :asicamente, $ constitu#do por um &rasco de !idro e duas le!es &ol)asmetálicas presas a um "astão metálico em li-ação com o exterior da -arra&a. 

    Eletroscpio de &ol)as

    As ima-ens se-uintes descre!em a sucessão de &ases de umaexperincia eletrostática 

     /

     /