Eletricidade Estática

O que é eletricidade?

O que eletricidade estática ou eletrostática?

“É um fenômeno de acumulação de cargas elétricas em um corpo, seja ele condutor ou isolante”.

A matéria é constituída por partículas muito pequenas chamada de átomos.

O átomo é um sistema eletricamente neutro. Entretanto, quando ele perde ou ganha elétrons, fica eletrizado.

O que é um sistema eletricamente neutro?

O que são íons?

Características dos prótons e elétrons:

- Prótons = não possuem grande mobilidade dentro de um corpo;- Elétrons = apresentam grande mobilidade.

Quando dizemos que um corpo está eletrizado?

Na eletrosfera os elétrons não se encontram em qualquer posição.

- O que é necessário para manter esses elétrons sempre em órbita na eletrosfera?

À última camada (Q), dá-se o nome de camada de valência e os elétrons nela existente são chamados de elétrons de valência.

- Quando um grupo de átomos estão dispostos simetricamente entre si, um elétron de valência pode muitas vezes girar em torno de 2 núcleos atômicos ao invés de um só. Qual a importância disto?

O que são elétrons, prótons e nêutrons?

* Elétrons = partículas subatômicas, que junto com os prótons e nêutrons, formam os átomos e as moléculas.

Qe = -e = -1,6x10-19C

* Prótons = partículas subatômicas, que junto com os nêutrons, está presente em todos os núcleos atômicos.

Qp = -e = +1,6x10-19C

* Nêutrons = partículas subatômicas que não possuem carga elétrica.

Qn = 0

Um corpo eletrizado possui falta ou excesso de um nº de elétrons. Como calcular a quantidade de carga elétrica de um corpo?

Um corpo eletrizado pode estar eletrizado positivamente e negativamente.

Submúltiplos do Coulomb:

1μC (microcoulomb) = 10-6C

1nC (nanocoulomb) = 10-9C

1pC (picocoulomb) = 10-6C

Exercícios

1) Determinar o nº de elétrons existentes em uma carga de 1,0C.

2) Para que um corpo neutro fique eletrizado com -2,0C de carga, quantos elétrons esse corpo deve receber?

1) Princípios da Eletrostática:

1.1) Princípio da Atração e Repulsão:

O princípio da atração e repulsão pode ser expresso da seguinte forma:

“Partículas com cargas de mesmos sinais se repelem, e partículas com cargas de sinais contrários se atraem”

* Exemplo: Atritando com papel um canudo de plástico e aproximando-o de pequenos pedaços de papel alumínio .

* Nota importante: Os prótons repelem-se mutuamente, porém ficam unidos no núcleo!!

1.2) Princípio da Conservação das Cargas:

* Um sistema eletricamente isolado tem uma quantidade de carga total (Qinicial). Caso as partes internas troquem cargas entre si, após essa troca haverá diferenças nos valores de cada parte, mas o sistema como um todo mantém a mesma quantidade de cargas (Qfinal) que possuía no início. Pode-se concluir que a soma das cargas elétricas de um sistema eletricamente isolado é constante:

Σ Qinicial = Σ Qfinal

Exercício

Três corpos eletrizados inicialmente com cargas Q1 = -2 μC, Q2 = 5 μC e Q3 = -4 μC, localizam-se em um sistema eletricamente isolado. Após trocarem cargas entre si, os corpos 1 e 2 apresentam as cargas Q’

1 = 1 μC e Q’2 =

3μC, respectivamente (1 μC = 10-6).

a) Determinar a carga final do corpo 3 (Q’3 ).

b) O corpo 3 perdeu ou recebeu elétrons? Justifique.c) Calcular o nº de elétrons cedidos ou recebidos pelo corpo 2.d) Explique se após a troca de cargas haverá atração ou repulsão entre os corpos 1 e 3.

2) Processo de Eletrização:

* Um corpo neutro pode ser eletrizado de 3 formas:por contato, por atrito e por indução.

2.1) Eletrização por Contato:

* Neste processo, é necessário que um dos corpos estejam previamente eletrizado, e o outro neutro.

* Na eletrização por contato, os corpos adquirem cargas de mesmo sinal.

2.1) Eletrização por Contato:

* Vejamos agora 2 casos em que se eletriza um corpo A inicialmente neutro, suspenso por uma haste feita de material isolante.

- Caso 1: Contato com um condutor eletrizado negativamente.

2.1) Eletrização por Contato:

- Caso 2: Contato com um condutor eletrizado positivamente.

2.3) Eletrização por Atrito:

* Na eletrização por atrito, os corpos adquirem cargas de sinais opostos.

* Para determinar qual corpo terá carga + ou -, deve-se consultar a série triboelétrica, construída empiricamente pelos físicos.

- O que é a série triboelétrica?

A série triboelétrica é considerada uma ferramenta indispensável para se determinar que combinação de materiais podemos usar para um eficiente processo de eletrização por atrito.

2.3) Eletrização por Atrito:

* Materiais que ficam eletrizados positivamente quando atritados com outros materiais.

2.3) Eletrização por Atrito:

* Exemplo: Se um material inicialmente neutro, composto de algodão, for atritado no vidro.

* Por que a eletrização por atrito ocorre?

* Algumas considerações sobre a eletrização por atrito:- Nem sempre é possível eletrizar 2 corpos por atrito;- Na eletrização por atrito de objetos isolantes, o excesso de cargas permanece localizado na região do corpo onde ocorre o atrito;

2.3) Eletrização por Atrito:

* Algumas considerações sobre a eletrização por atrito:- Ao eletrizar condutores por atrito, as cargas se distribuem por toda a sua superfície;- Se for desejável manter um objeto eletrizado, será necessário prendê-lo com um material isolante.

2.3) Eletrização por Indução:

* É possível haver eletrização de um corpo neutro sem que ocorra atrito ou contato.

2.3) Eletrização por Indução:

* Aproximando-se os condutores sem que haja contato, ocorre um movimento de cargas dentro do induzido.