Prof. Nelson Luiz Reyes

Marques

ELETROMAGNETISMO

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL

INSTITUTO DE FÍSICA

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENSINO DE FÍSICA

ELETROSTÁTICA

1 - Eletrostática: Os Primeiros Passos . . .

Átomo de Rutherford e Carga Elétrica

elétrons

prótons

nêutrons

Prótons: + e = 1,6 .10-19C

Elétrons: - e = 1,6 .10-19C

• A quantidade carga (e) é chamada

de Elementar

• Unidade no S.I.

• C (coulomb)

• microcoulomb = m C = 1.10-6 C

• milicoulomb = m C = 1.10-3 C

• nanocoulomb = n C = 1.10-9 C

{

Corpo neutro e corpo eletrizado

Se um átomo perde elétrons de sua eletrosfera, o

número de prótons predominará e o átomo tornar-se-á

um íon positivo (cátion). Por outro lado, se ele receber

um ou mais elétrons na eletrosfera, tornar-se-á um íon

negativo (ânion).

Corpo eletricamente neutro

Número de = Número dep e

Corpo neutro e corpo eletrizado

Corpo eletricamente negativo

Número de Número dep e

e

Corpo eletricamente positivo

Número de Número dep e

e

Dizemos que um corpo está eletrizado quando ele

apresenta excesso ou falta de elétrons.

* Eletrizado positivamente: perde elétrons.

* Eletrizado negativamente: ganha elétrons.

A Carga Elétrica é quantizada

• A carga elétrica é quantizada, ou seja, qualquer

quantidade microscópica de carga será sempre um múltiplo

inteiro da carga elementar

É o caso da carga elétrica de um corpo. A quantidade de

carga elétrica total (q) é sempre um número inteiro (n) de

vezes o valor elementar (e)

n.eq

n = n° de elétrons em excesso ou falta

e = 1,6 . 10-19 C (carga elementar)

PRINCÍPIOS DA ELETROSTÁTICA

a) Princípio da Atração e Repulsão: cargas de mesmo sinal

se repelem e de sinais opostos se atraem.

b) Princípio da Conservação das Cargas Elétricas: num

sistema eletricamente isolado, a soma algébrica das cargas

positivas e negativas é constante.

Principio da Atração e da Repulsão

F F+ + d

F F+ - d

Força de Repulsão

Força de Atração

• Cargas de mesmo sinal se Repelem

• Cargas de sinal oposto se Atraem

Processos de Eletrização

Eletrização por Atrito

Séri

e T

rib

oelé

tric

a

Eletrização por Contato

Eletrização por Indução

FORÇAS DE AÇÃO A DISTÂNCIA Dois corpos podem interagir sem que entre eles

haja contato. Um corpo sofre a influência de

outro através de um agente transmissor dessas

forças, que chamamos de campo. Ex. peso,

força elétrica, força magnética.

Força de campo e força de contato

Um dos princípio da eletrostática diz que: cargas

elétricas de sinais iguais se repelem, e cargas de sinais

opostos se atraem.

FORÇA ELÉTRICA – LEI DE CULOMB

FORÇA ELÉTRICA – LEI DE CULOMB

COULOMB descobriu que a de interação elétrica

entre duas cargas puntiformes é diretamente

proporcional ao produto da quantidade de cargas, e

inversamente proporcional ao quadrado da distância

entre elas.

Balança de torção de Coulomb

COULOMB descobriu que o módulo da força de

interação elétrica entre duas cargas elétrica pontuais é

diretamente proporcional ao produto da quantidade de

cargas, e inversamente proporcional ao quadrado da

distância entre elas.

q.QF

F -F

2F -2F

2d

1F

F -F

4F -4F

d = 2m

d = 1m

2d

q.Q.KF

ELETRODINÂMICA

Condutores e Isolantes Elétricos

• Condutores Elétricos: são materiais dentro dos quais

partículas portadoras de cargas podem se mover com certa

liberdade.

• Isolantes Elétricos: são materiais dentro dos quais

partículas portadoras de cargas tem muita dificuldade em se

mover.

• Condutores eletrônicos: portadores de cargas elétricas.

Ex.: os metais.

• Condutores iônicos: grupos de átomos carregados cátions

ou ânions (chamados de íons).

Ex.: Solução aquosas de ácido, sais.

• Condutores gasosos: gasosos portadores de cargas,

elétrons ou íons. Ex.:gases ionizados.

Corrente Elétrica

Elétrons Livres: em movimento

desordenado (caótica)

• A pilha cede energia para os elétrons livres que

acumulam na forma de energia potencial e transforma

em energia cinética.

CÁLCULO DA CORRENTE

ELÉTRICA

Coulomb/segundo (Ampere)

Sentidos da corrente elétrica

RESISTOR

Dispositivo que transforma energia elétrica em

energia térmica.

SÍMBOLO

RESISTÊNCIA DO RESISTOR

i

UR

Unidade:

Volt/Ampere(ohm,Ω)

.U Ri

RESISTIVIDADE

R A

L

R é diretamente proporcional a “L” einversamente proporcional a “A”

A

LR

.

-A intensidade da corrente é a esma pra todos

os resistores.

321 UUUU

Resistor equivalente 321 RRRReq

A ddp é a mesma pra todos os resistores.

321 iiii

Resistor equivalente

321

1111

RRRReq

ELETROMAGNETISMO

O QUE É O MAGNETISMO?

Os ímãs são conhecidos desde a Grécia

antiga: há relatos sobre a atração da

magnetita (Fe3O4), achada na região da

Magnésia, sobre pedaços de ferro.

Em 1100 A.C., os chineses já

haviam descoberto que agulhas

de magnetita se orientam na

direção Norte-Sul (a Terra é um

grande ímã).

PÓLOS DE UM ÍMÃ

Região onde as ações magnéticas são mais

intensas.

S N

Pólos de mesmo nome se repelem e de nomes diferentes se

atraem.

N S

N S

N

N

S

S

Quando um ímã é dividido em várias partes, cada uma

das partes comporta-se como um novo ímã. Aparecem

sempre os dois pólos.

INSEPARABILIDADE DOS PÓLOS

OS ÍMÃS SÃO CONSTRUÍDOS EM

VÁRIAS FORMAS

S N

S N

S N

S N

PÓLO NORTE

PÓLO SUL

PÓLO SUL

Magnético

PÓLO NORTE

Magnético

PODE SER OBSERVADO

COLOCANDO LIMALHAS DE FERRO

SOBRE UM PLÁSTICO

QUE ESTEJA SOBRE UM ÍMÃ,

Linhas de indução

N

S

N

S

N

S

SAEM DO PÓLO

NORTE E

ENTRAM NO

PÓLO SUL

LINHAS DE FORÇA

UMA BARRA DE FERRO SEM MAGNETIZAÇÃO

PODE SER CONSIDERADA COMO TENDO UM

GRANDE NÚMERO DE PEQUENOS ÍMÃS

DISPOSTOS DE MANEIRA DESORDENADA

QUANDO MAGNETIZAMOS ESTA BARRA, OS

PEQUENOS ÍMÃS SE ALINHAM, POLARIZANDO

O MATERIAL

QUANDO MAGNETIZAMOS ESTA BARRA, OS

PEQUENOS ÍMÃS SE ALINHAM, POLARIZANDO

O MATERIAL

PIL

HA

1,5

V

PIL

HA

1,5

V

QUANDO UMA CORRENTE ELÉTRICA PERCORRE

UM CONDUTOR, ELA CRIA EM TORNO DESTE UM

CAMPO MAGNÉTICO P

ILH

A

1,5

V

PIL

HA

1,5

V

LINHAS DE FORÇA

QUANDO UMA CORRENTE ELÉTRICA PERCORRE

UM CONDUTOR, ELA CRIA EM TORNO DESTE UM

CAMPO MAGNÉTICO P

ILH

A

1,5

V

PIL

HA

1,5

V

EXPERIÊNCIA DE OERSTED

Um condutor percorrido por corrente elétrica

gera ao seu redor um campo magnético

A

A

O CONDUTOR ATRAI A AGULHA DA BÚSSOLA.

A

O CONDUTOR ATRAI A AGULHA DA BÚSSOLA.

A

O CONDUTOR ATRAI A AGULHA DA BÚSSOLA.

A

O CONDUTOR ATRAI A AGULHA DA BÚSSOLA.

A

O CONDUTOR ATRAI A AGULHA DA BÚSSOLA.

A

O CONDUTOR ATRAI A AGULHA DA BÚSSOLA.

A

O CONDUTOR ATRAI A AGULHA DA BÚSSOLA.

A

O SENTIDO DO CAMPO MAGNÉTICO

DEPENDE DO

SENTIDO DA CORRENTE ELÉTRICA

I

O SENTIDO DO CAMPO MAGNÉTICO

DEPENDE DO

SENTIDO DA CORRENTE ELÉTRICA

A

I

COMO AUMENTAR O

CAMPO MAGNÉTICO

DE UMA BOBINA

COLOCANDO UM NÚCLEO DE FERRO NO

INTERIOR DA BOBINA

O NÚCLEO DE FERRO CONCENTRA AS

LINHAS DE FORÇA DO CAMPO MAGNÉTICO

A

AUMENTANDO A CORRENTE ELÉTRICA

600 Espiras

AUMENTANDO O NÚMERO DE ESPIRAS

DA BOBINA

AUMENTA O CAMPO MAGNÉTICO

1.200 Espiras

O ELETROÍMÃ SÓ AGE COMO ÍMÃ SE

PERCORRIDO POR UMA

CORRENTE ELÉTRICA

O ELETROÍMÃ SÓ AGE COMO ÍMÃ SE

PERCORRIDO POR UMA

CORRENTE ELÉTRICA

O ELETROÍMÃ SÓ AGE COMO ÍMÃ SE

PERCORRIDO POR UMA

CORRENTE ELÉTRICA

O ELETROÍMÃ SÓ AGE COMO ÍMÃ SE

PERCORRIDO POR UMA

CORRENTE ELÉTRICA

O ELETROÍMÃ SÓ AGE COMO ÍMÃ SE

PERCORRIDO POR UMA

CORRENTE ELÉTRICA

O ELETROÍMÃ SÓ AGE COMO ÍMÃ SE

PERCORRIDO POR UMA

CORRENTE ELÉTRICA

O ELETROÍMÃ SÓ AGE COMO ÍMÃ SE

PERCORRIDO POR UMA

CORRENTE ELÉTRICA

O ELETROÍMÃ SÓ AGE COMO ÍMÃ SE

PERCORRIDO POR UMA

CORRENTE ELÉTRICA

O ELETROÍMÃ SÓ AGE COMO ÍMÃ SE

PERCORRIDO POR UMA

CORRENTE ELÉTRICA

O ELETROÍMÃ SÓ AGE COMO ÍMÃ SE

PERCORRIDO POR UMA

CORRENTE ELÉTRICA

O MESMO CAMPO MAGNÉTICO DE UM ÍMÃ

POSSANTE PODEMOS CONSEGUIR COM

UM PEQUENO ELETROÍMÃ

6- TRANSFORMADOR

S

S

P

P

N

U

N

U

SSpP

SP

iUiU

PP

..

O transformador é um aparelho que permite modificar

uma ddp alternada aumentando-a ou diminuindo-a

conforme a conveniência.

As Auroras Boreal e Austral

Na região do Pólo Norte ela é conhecida como Aurora Boreal,

sendo Aurora a deusa romana da alvorada e Boreas, vento

norte em grego.

Na região do Pólo Sul ela é chamada de Aurora Austral, sendo

que Australis quer dizer ”do Sul” em latim.

As Auroras ocorrem quando a Terra é atingida pelas partículas

eletrizadas ou fótons, provenientes do espaço, que colidem

com as átomos dos gases da atmosfera, transferindo energia

para os seus elétrons, que se excitam e ao descaírem,

liberam energia no espectro visível.

As Auroras Boreal e Austral

BIOMAGNETISMO

BIOMAGNETISMO

Detecção dos campos magnéticos:

1. Indução eletromagnética (peixe elétrico)

2. Presença de partículas magnéticas (bactérias)

3. Reações químicas moduladas por magnetismo.

BACTÉRIAS MAGNÉTICAS Biomineralização – magnetita

BACTÉRIAS MAGNÉTICAS Biomineralização – magnetita

TARTARUGAS

Como um filhote de tartaruga acha sua rota

migratória sem nunca ter entrado no oceano?

Experiência - piscina