Eletrostática

Apostila de Física Colégio Estadual Gentil Tavares da Mota 3º Ano Professora Adenilza

Eletrostática

- É a parte da Eletricidade que estuda as propriedades e

ações ocorridas entre cargas elétricas em repouso.

Atualmente, sabe-se que os corpos são formados por

moléculas e estas por átomos. Os átomos, por sua vez, são

compostos pelos Núcleons (Prótons e Nêutrons) e pelos

Elétrons. Os Núcleons situam-se no núcleo e os Elétrons na

região denominada Eletrosfera. Às partículas que compõem

o átomo associa-se uma propriedade física denominada

Carga Elétrica.

OBS: A menor quantidade de carga elétrica encontrada na

natureza é a carga do elétron. Esta quantidade de carga, em

valor absoluto, é chamada carga elétrica elementar e vale:

A unidade SI da carga elétrica é o Coulomb (C).

QUANTIDADE DE CARGA ELÉTRICA DE UM CORPO

É importante observa que a carga que o corpo adquire ao se

eletrizar não aparece em qualquer quantidade, mas em

múltiplos de carga elementar. Então:

Onde:

n – números de elétrons em falta ou excesso (n = 1,2,3,...)

e – carga elétrica elementar

EXERCÍCIO

1) Qual a carga de um corpo que perdeu dois milhões de

elétrons?

2) Um corpo foi eletrizado positivamente com carga

elétrica de 5,6 x 10-6

C. Dado: carga do elétron igual a 1,6 x

10- 19

C. Nesse corpo há:

a) excesso de 5,6 x 1013

elétrons

b) falta de 9 x 1025

elétrons

c) excesso de 3,5 x 1025

elétrons

d) excesso de 3 x 1013

elétrons

e) falta de 3,5 x 1013

elétrons.

3) Determine o número de elétrons que deverá ser

fornecido a um condutor metálico, inicialmente neutro, para

que fique eletrizado com carga elétrica igual a -1,0 C.

PRINCÍPIOS DA ELETROSTÁTICA

1. Princípio da Atração e Repulsão:

Partículas eletrizadas com cargas de sinais iguais se

repelem, enquanto as eletrizadas com cargas de sinais

opostos se atraem.

2. Principio da Conservação das Cargas Elétricas:

Sistema eletricamente isolado é aquele que não troca cargas

com o meio exterior.

A soma algébrica das cargas elétricas existentes num

sistema eletricamente isolado é constante.

Q1 + Q2 = Q’1 + Q’2

Obs.: Se a troca de cargas for por contato e os corpos forem

idênticos, a carga final de cada um será a mesma e dada por:

EXERCÍCIO

1. Três esferas metálicas idênticas, eletricamente neutras,

são munidas de hastes verticais isolantes. Eletriza-se a

esfera B com carga 16 μC. Faz-se o contato entre as esferas

A e B; após realiza-se o contato entre as esferas A e C.

Podemos afirmar que distribuição final de carga para a

esfera C será:

a) 4 μC b) 6 μC c) 8 μC d) μC e) 10 μC

2. Três esferas P, Q e R estão eletrizadas. Sabe-se que P

atrai Q e que Q repele R. pode-se afirmar que:

a) P e Q estão carregadas positivamente.

b) P e R estão carregadas negativamente.

c) P repele R.

d) Q e R têm cargas de sinais diferentes.

e) P e R têm cargas de sinais diferentes.

3. Duas esferas metálicas inicialmente eletrizadas com

cargas 10 μC e – 2 μC são postas em contato. Após o

equilíbrio eletrostático, as esferas são separadas. Percebe-se

que a primeira fica com carga de 5 μC e a outra com 3 μC. É

correto afirmar que, a durante o contato, a segunda esfera:

a) recebeu 3 μC de prótons

b) perdeu 2 μC de elétrons

c) perdeu 5 μC de elétrons.

d) recebeu 5 μC de prótons.

e) perdeu 3 μC de prótons.


4. Três corpos, A, B e C, constituem um sistema

eletricamente isolado e apresentam, inicialmente, as

seguintes quantidades de cargas elétricas: QA = 7,0 C, QB =

-3,0 C e QC = -1,0 C. Processam-se, então, duas

transferências de cargas: 3,5 C de A para B e 2,0 C de A

para C. Determine:

a) A quantidade de carga elétrica no sistema antes e depois

das transferências;

b) As quantidades de carga elétrica de cada corpo após as

transferências.

5. Um corpo eletrizado com carga elétrica de -10 μC. Nessas

condições, podemos afirmar que:

I – ele possui somente cargas negativas

II – ele possui aproximadamente, 6x 1013

elétrons em

excesso.

III – esse corpo certamente cedeu prótons.

a) somente a afirmativa I é correta.

b) somente a afirmativa II é correta.

c) somente a afirmativa III é correta.

d) somente as afirmativas I e II são corretas.

e) somente as afirmativas II e III são corretas.

6. Uma pequena esfera metálica esta eletrizada com carga

de 8,0. 10-8

C. Colocando-a em contato com outra idêntica,

mas eletricamente neutra, o número de elétrons que passa de

uma esfera para outra é:

Dado: carga elementar e = 1,6. 10-19

C

a) 4,0. 1012

b) 4,0. 1011

c) 4,0. 1010

d) 2,5. 1012

e) 2,5. 1011

CONDUTORES E ISOLANTES ELÉTRICOS

Um material é dito condutor elétrico quando possui grande

quantidade de portadores de carga elétrica facilmente

movimentáveis. Caso contrário, ele será um isolante

elétrico.

PROCESSOS DE ELETRIZAÇÃO

Denomina-se eletrização o fenômeno pelo qual um corpo

neutro passa a eletrizado.

1. Por atrito de materiais diferentes:

Ao atritar vigorosamente dois corpos, A e B, estamos

fornecendo energia e pode haver transferência de elétrons de

um para o outro. Se os corpos atritados estão isolados, ou

seja, não sofrem a influência de quaisquer outros corpos, as

cargas elétricas cedidas por um são exatamente as

adquiridas pelo outro:

QA = −QB

Isto é, A e B adquirem quantidades de carga elétrica iguais

em módulo, mas de sinais contrários. A figura representa o

que acontece quando um pedaço de metal é atritado com um

pano de lã.

2. Por Contato

A eficiência nessa forma de eletrização depende de os

corpos serem condutores ou isolantes. Se um dos corpos for

isolante, a eletrização será local, isto é, restrita aos pontos de

contato. Se os dois corpos forem condutores - um eletrizado

e o outro neutro - e colocados em contato, poderemos

imaginá-los como um único corpo eletrizado. A separação

entre eles resultará em dois corpos eletrizados com cargas

de mesmo sinal. Na figura, um dos condutores está

inicialmente neutro (a eletrização por contato pode ocorrer

também com dois condutores inicialmente eletrizados)

Generalizando, podemos afirmar que, na eletrizacao por

contato:

os corpos ficam ou eletricamente neutros ou com

cargas de mesmo sinal;

quando o sistema é formado por corpos isolados

das influencias externas, a quantidade de carga

elétrica total final é igual a quantidade de carga

eletrica total inicial (princıpio da conservaçao de

carga elétrica):

QA + QB = Q′A + Q′B

Na expressão acima, Q representa a quantidade de carga

elétrica inicial e Q′, a quantidade de carga elétrica final. Em

particular, se os corpos A e B forem iguais:

Q′A = Q′B = (QA + QB)/2

Podemos ainda observar que:

1. Se os corpos colocados em contato são de tamanhos

diferentes, a divisão de cargas é proporcional as dimensões

de cada um;

2. Quando um corpo eletrizado é colocado em contato com a

Terra, ele se torna neutro, uma vez que sua dimensão é

desprezível se comparada com a da Terra.

Simbolicamente, a ligação á Terra é representada conforme

a figura.


3. Eletrização por Indução

Nesse tipo de eletrização não há contato entre os corpos.

Vejamos como acontece.

Primeiramente, precisamos de um corpo eletrizado (a),

chamado de indutor, que pode ser condutor ou isolante, pois

não terá contato com o outro. O segundo corpo (b) a ser

eletrizado, chamado de induzido, deverá ser condutor,

podendo ser uma solução eletrolítica ou dois corpos B1 e B2

ligados eletricamente.

O indutor (a) eletrizado positivamente, atrai as cargas

elétricas negativas do induzido (b). Assim, na face do

induzido mais próxima do indutor, temos acúmulo de cargas

negativas, que não chegam ao indutor porque o ar entre eles

é isolante. Por outro lado, a face do induzido mais afastada

do indutor fica positiva. A essa altura, podemos nos

perguntar se o corpo (b) está eletrizado. Ele não está, pois o

número de prótons no corpo continua igual ao número de

elétrons. Dizemos que o corpo (b) está induzido, porque

houve apenas uma separação das cargas. Quando retiramos

o indutor, as cargas no induzido se reagrupam e ele volta à

situação neutra. Para eletrizar o induzido, devemos, na

presença do indutor, estabelecer o contato do induzido

(corpo b) com um terceiro corpo, chamado de terra. Esse

terceiro corpo pode ser outro corpo qualquer, até mesmo o

planeta Terra.

Na presença do indutor, desfazemos o contato entre b e a

Terra; em seguida, afastamos os corpos: o corpo b fica

eletrizado com carga oposta a do indutor a.

EXERCÍCIO

1. Uma esfera metálica neutra encontra-se sobre um suporte

isolante e dela se aproxima um bastão eletrizado

positivamente. Mantém-se o bastão próximo a esfera, que

estão ligadas a terra por um fio metálico. Em seguida,

desliga-se o fio e afasta-se o bastão.

a) A esfera ficará eletrizada positivamente.

b) A esfera não se eletriza, pois foi ligada à terra.

c) A esfera sofrerá apenas separação de suas cargas.

d) A esfera ficará eletrizada negativamente.

e) A esfera não se eletriza, pois não houve contato com o

bastião eletrizado.

2. Um bastão é atritado com um pano. A seguir, repele uma

esfera eletrizada negativamente. Pode-se afirmar

corretamente que o bastão foi eletrizado:

a) positivamente, por contato com o pano.

b) positivamente, por ter-se aproximado da esfera.

c) negativamente, por ter-se aproximado da esfera.

d) negativamente, por atrito com o pano.

e) neutralizado, ao aproximar-se da esfera

3. Uma esfera metálica, sustentada por uma haste isolante,

encontra-se eletrizada com uma pequena carga elétrica Q.

Uma segunda esfera idêntica e inicialmente descarregada

aproxima-se dela, até tocá-la. Após o contato, a carga

elétrica adquirida pela segunda esfera é:

a) Q/2

b) Q

c) 2Q

d) 0

e) –Q

4. Qual das afirmativas abaixo está correta?

a) Somente corpos carregados positivamente atraem corpos

neutros.

b) somente corpos carregados negativamente atraem corpos

neutros.

c) Um corpo carregado pode repelir ou atrair um corpo

neutro.

d) Se um corpo A eletrizado positivamente atrai um corpo

B, podemos dizer que B está carregado negativamente.

e) Um corpo neutro pode ser atraído por um corpo

eletrizado.

5. Durante uma aula de física, uma aluna de longos cabelos

loiros começa a penteá-los usando pente de plástico. Após

passar o pente pelos cabelos ela nota que o pente atrai

pequenos pedaços de papel que se encontram sobre sua

carteira. Admirada, ela pergunta ao professor qual é a

explicação de tal fato. O professor pede ajuda aos demais

alunos. Cinco deles deram respostas diferentes, qual acertou

a explicação?

Aluno A – o pente é um bom condutor elétrico.

Aluno B – o papel é um bom condutor elétrico.

Aluno C – os pedaços de papel já estavam eletrizados.

Aluno D – o pente ficou eletrizado com atrito no cabelo.

Aluno E – Entre o pente e o papel ocorre atração

gravitacional.

6. Dois corpos A e B de materiais diferentes, inicialmente

neutros e isolados de outros corpos, são atritados entre si.

Após o atrito, observamos que:

a) um fica eletrizado positivamente e o outro neutro.

b) um fica eletrizado negativamente e o outro neutro

c) ambos ficam eletrizado negativamente.

d) ambos ficam eletrizado positivamente

e) um fica eletrizado negativamente; e outro positivamente.

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