ELETRICIDADE (ELT1) 2º MÓDULO - joinville.ifsc.edu.brluis.nodari/Disciplinas/ELT -1... · ... -1,6 .10-19C A Eletricidade e o Átomo ... polaridade igual se repelem e cargas de

Prof. Luís Nodari 1

Prof.: Luís M. Nodari

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http://www.joinville.ifsc.edu.br/~luis.nodari/

BACHARELADO EM ENGENHARIA ELETRICA

INSTITUTO FEDERAL DE SANTA CATARINA

CAMPUS JOINVILLE

ELETRICIDADE (ELT1) 2º MÓDULO


1- Introdução

2- Revisão e Conceitos

3- Cargas e Forças

5- Exercícios.

Sumário


Introdução

A Eletricidade e o Átomo

•Da filosofia ao cortar um objeto sempre ao meio, na teoria,

poderiam ser feitos infinitos cortes, porém, na prática os gregos

observaram que existia um limite, o limite da possibilidade e a

este chamaram de Átomo, do grego indivisível, entendido na

época como a menor parte divisível da matéria.


•O Átomo é composto pelo seu Núcleo e a Eletrosfera.

•O Núcleo é formado por Prótons e Neutrons, Núcleo é cerca de 10000

vezes menor que a menor camada da Eletrosfera.

•A Eletrosfera é o espaço de vácuo que compreende o núcleo e possui

elétrons vibrando ao seu redor, gerando campos eletromagnéticos,

regulando sua distância de acordo com o nível de energia que possuem.


Introdução


•Protons: Os prótons são partículas que, junto aos nêutrons, formam o

núcleo atômico. Possuem carga positiva de mesmo valor absoluto que a

carga dos elétrons; assim, um próton e um elétron tendem a se atrair

eletricamente.

•Nêutrons: Possuem carga elétrica nula (resultante das sub-partículas que

os compõem), sua presença em número elevado pode instabilizar

eletricamente o núcleo do átomo.

•Os nêutrons, junto aos prótons, formam o núcleo atômico, possuem

massa bastante parecida, perfazem 99,9% de toda a massa do átomo.

•Eletrons: Os elétrons são partículas de massa muito pequena (cerca de

1840 vezes menor que a massa do próton. Ou aproximadamente 9,1.10-

28g) dotados de carga elétrica negativa: -1,6.10-19C.


Introdução


Átomo, energia ou matéria?

Se 99,9% da massa se encontra em

menos de 0,0001% do volume?

O que mantém “fixa” a estrutura de

um átomo?

A matéria é formada de moléculas

que são formadas por átomos.

O que mantém “fixa” a estrutura da

matéria sólida?

E se estiver em estado liquido ou

gasoso? Muda? O que muda?

Introdução



Assim como a massa, cargas elétricas não podem ser destruídas nem

criadas, porém, um átomo pode ser eletrizado, formando um ion.

(Cátion +, Anion -)

Cátion + => quando um átomo perde carga negativa

Anion - => quando um átomo perde carga positiva

Eletrização do átomo: a eletrização do átomo pode ocorrer das

seguintes formas: Atrito, contato, indução e efeito fotoelétrico.

Introdução


Revisão e Conceitos

Eletricidade – Histórico

O estudo científico da eletricidade iniciou

com William Gilbert, em 1600, quando

publicou um artigo diferenciando fenômenos

de natureza elétrica e de natureza

magnética.

Benjamin Franklin

Já no final do século XVIII, Benjamin Franklin

prosseguiu os estudos sobre eletricidade.

Suas principais contribuições referem-se ao

estudo dos raios e dos para-raios.


Alessandro Volta e Andre-Marie Ampere

Em 1800, Alessandro Volta iniciou

os estudos sobre pilhas e baterias,

inaugurando a eletroquímica.

Em 1820, Ostead e Ampere

publicaram sobre eletrodinâmica e

eletromagnetismo, mostrando a

relação entre ambos (corrente que

gera campo magnético e vice-

versa).




Em 1821, Michel Faraday publicou estudos

sobre motores e campos elétricos.

Em 1827, Georg Ohm publicou estudos de

analise de circuitos.

Em 1845, Kirchhoff apresenta pela primeira

vez leis capazes de calcular correntes em

malhas complexas, generalizando o estudo

de Ohm. Gustav Kirchhoff




Em 1862, Maxwell reuniu em vinte equações

todas as leis do etromagnetismo.

Dessas vinte, quatro descrevem todos os

fenômenos eletromagnéticos existentes.

No final do século XIX, Thomas Edison e Nikola

Tesla rivalizaram na criação dos mais diversos

dispositivos elétricos.

Tesla, em especial, popularizou as redes de

transmissão CA.

James Clark Maxwell




Definição: conjunto de fenômenos naturais que envolvem a existência de

cargas elétricas estacionarias ou em movimento.

A palavra tem origem no latim electrum, que significa "âmbar". Isso decorre

de que o âmbar foi um dos primeiros materiais a serem estudados nessa

área, em função de sua facilidade em acumular energia estática.

Existem dois tipos principais de eletricidade:

Eletrostática: estudo das cargas estacionarias e dos campos elétricos

associados.

Eletrodinâmica: estudo das cargas em movimento e dos potenciais

elétricos associados.

Eletricidade



Eletricidade

Carga elétrica: Propriedade intrínseca da matéria, tal qual a massa. Sua

unidade e o Coulomb (C).

As cargas elétricas estão sujeitas a forcas elétricas, de modo que cargas de

polaridade igual se repelem e cargas de polaridade diferente se atraem.

Isolantes: Materiais que dificultam a movimentação de cargas elétricas.

Condutores: Materiais que permitem livre movimento de cargas elétricas.

Semi-condutores: Materiais que permitem o movimento de cargas elétricas

em apenas um sentido.

Supercondutores: Materiais que praticamente não oferecem resistência as

cargas elétricas. Normalmente, só apresentam essa característica em

baixíssimas temperaturas.



•Materiais podem ser classificados como bons ou

maus condutores de corrente elétrica de acordo

com sua estrutura química.

•A diferença está na chamada camada de valência,

bons condutores elétricos possuem 1 a 2 elétrons

em sua camada de valência, que é a última

camada a receber elétrons em um átomo.

•Quanto maior no número de camadas e por

consequência de elétrons melhor será o condutor,

desde que possuam 1 elétron na camada de

valência.



•Corrente elétrica :

Fluxo ordenado de elétrons. Precisa um

caminho fechado e uma DDP para que

ocorra.



•Todos os materiais isolantes elétricos apresentam um máximo de valor

de campo elétrico que podem suportar.

•Se esse valor máximo for ultrapassado, o material, mesmo sendo isolante,

passará a se comportar como condutor.

•Quando isso ocorre, dizemos que a rigidez dielétrica do material foi rompida.

ISOLANTES: Não conduzem corrente elétrica.

Exemplo: PVC



Cargas e Forças

Forca elétrica (N): Forca existente entre duas cargas elétricas Q1

e Q2, com modulo dado por:

onde

Com a permissividade elétrica do vácuo .

K é constante eletrostática de Coulomb,

Lei de Coulomb


Cargas e Forças

Campo elétrico (N/C ou V/m): Campo emitido por uma carga elétrica

Q a qualquer ponto no espaço, com modulo dado por:

>>

Lei de Coulomb


Cargas e Forças


Exercícios

•Como os prótons, de carga igual positiva, se mantém unidos no núcleo?

•O que é força nuclear?

•O que e eletricidade?

•Mostre aplicações da eletricidade no quotidiano das pessoas.

•Explique o que e a carga elétrica e suas características.

•Cite três exemplos de condutores e três exemplos de isolante.

•Faca uma breve pesquisa indicando o tipo de carga adquirido por um

material eletrificado por atrito. Observe que isso depende da

eletropositividade do material.


Exercícios

•Duas cargas no vácuo e estão separadas a uma

distância .

•Calcule o modulo da forca entre as cargas.

•Calcule o modulo do campo elétrico a 3 mm de uma carga de 8 nC no

vácuo.

•Indique aproximadamente o número de elétrons presentes em uma carga de

.


BIBLIOGRAFIA

[1] SARDELLA, Antônio. Curso de química: Química geral, São Paulo – SP: Editora Ática, 2002. 25ª Edição,

2ª impressão.

[2] HALLIDAY, RESNICK e WALKER. Fundamentos de Física – Eletromagnetismo. 9ª ed. Rio de Janeiro: LTC,

2012 ISBN 8521619057.

[3] GUSSOW, Milton. Eletricidade básica. 2. ed. São Paulo: Pearson do Brasil, 2008. I.S.B.N.: 9788577802364.

[4] U.S. Navy, Bureau of Naval Personnel Training Publications Division. Curso completo de eletricidade básica.

São Paulo: Hemus, 2002.

[5] SILVA FILHO, M.T.. Fundamentos de eletricidade. Rio de Janeiro: LTC, 2011.

[6] NILSSON, James W. Circuitos elétricos. 8. ed. São Paulo: Pearson do Brasil, 2009.

[7] Tipler, P.A. Física para cientistas e engenheiros : eletricidade e magnetismo, óptica. Rio de Janeiro: LTC,

2009.

[8] Lima Júnior, A W. Eletricidade e eletrônica básica. Rio de Janeiro: Alta Books, c2009.

http://www.algosobre.com.br/fisica/atomo.html (acesso em 23/07/2010)

http://pt.wikipedia.org/wiki/Átomo (acesso em 23/07/2010)

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