Eletrostática

IVAN SANTOS

Eletrostática é o ramo da Física que estuda as

cargas elétricas em repouso e as

interações atrativas ou

repulsivas que ocorrem entre

elas.

Carga elétrica

Os portadores de carga elétrica são: elétrons - que transportam carga negativa Íons - Cátions transportam cargas positivas Ânions cargas negativas

Portadores de Cargas

Partícula Carga (coulomb=C) Massa (Kg)

elétron -1,6021917 x 10-19 9,1095 x 10-31Kg

próton 1,6021917 x 10-19 1,67261 x 10-27Kg

nêutron 0 1,67492 x 10-27Kg

Condutores elétricosSão materiais que apresentam portadores de cargas elétricas (elétrons ou íons) quase livres, o que facilita a mobilidade dos mesmos em seu interior. São considerados bons condutores, materiais com alto número de portadores de cargas elétricas livres e que apresentam alta mobilidade desses portadores de cargas elétricas.

Isolantes ou dielétricosOs materiais isolantes se caracterizam por não apresentar portadores de cargas elétricas livres para movimentação. Nesses materiais, a mobilidade dos portadores de cargas elétricas é praticamente nula, ficando os mesmos praticamente fixos no seu interior. Exemplos: borracha, madeira, água pura, etc

ELETRIZAÇÃOExplicação do fenômeno de

eletrização: Entre as partículas fundamentais são

importantes para a explicação dos fenômenos elétricos o próton, o

elétron e o nêutron. Os prótons e os nêutrons se encontram numa região

do átomo chamada núcleo. Os elétrons ficam girando ao redor do núcleo,

dispostos em várias órbitas.Atualmente explicamos a eletrização dos corpos com a noção que temos da

estrutura dos átomos.

Por atrito   Foi o primeiro processo de eletrização conhecido. Quando duas substâncias de naturezas diferentes são atritadas, ambas se eletrizam.

Processos Eletrização

Por indução Quando um corpo neutro é colocado próximo de um corpo eletrizado, sem que haja contato entre eles, o corpo neutro se eletriza. Esse fenômeno é chamado indução eletrostática.

Por contato  Quando um corpo neutro é colocado em contato com um corpo eletrizado, por meio de um fio condutor, o corpo neutro se eletriza

Por aquecimento Certos corpos, quando aquecidos, eletrizam-se, apresentando eletricidades de nomes contrários em dois pontos diametralmente opostos. O fenômeno é chamado fenômeno piroelétrico. É mais comum em cristais, como por exemplo na turmalina.

Por pressão Certos corpos, quando comprimidos, eletrizam-se, apresentando eletricidades de nomes contrários nas extremidades. O fenômeno é chamado fenômeno piezoelétrico. Também é mais comum em cristais, como por exemplo, turmalina, calcita e quartzo.

Vidro Mica Lã Seda Algodão Madeira Âmbar Enxofre Metais + -Séries triboelétricas

Pel

e h

um

ana

seca

Co

uro

Pel

e d

e co

elh

oV

idro

Cab

elo

hu

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oF

ibra

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Alu

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Níq

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Ou

ro, P

lati

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Film

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VC

('

mag

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k')

Po

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tan

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tile

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ita

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)P

olip

rop

ilen

oV

inil

(PV

C)

Sili

con

eT

eflo

n

O trovão é uma onda sonora provocada pelo aquecimento do canal principal durante a subida da Descarga de Retorno. Ele atinge temperaturas entre 20 e 30 mil graus Celsius em apenas 10 microssegundos (0,00001 segundos). O ar aquecido se expande e gera duas ondas: a primeira é uma violenta onda de choque supersônica, com velocidade várias vezes maior que a velocidade do som no ar e que nas proximidades do local da queda é um som inaudível para o ouvido humano; a segunda é uma onda sonora de grande intensidade a distâncias maiores. Essa constitui o trovão audível

Raio, Trovão e Relâmpago

• Lenda: Se não está chovendo não caem raios.• Verdade: Os raios podem chegar ao solo a até 15 km de

distância do local da chuva.• Lenda: Sapatos com sola de borracha ou os pneus do

automóvel evitam que uma pessoa seja atingida por um raio.• Verdade: Solas de borracha ou pneus não protegem contra os

raios. No entanto, a carroceria metálica do carro dá uma boa proteção a quem está em seu interior; sem tocar em partes metálicas. Mesmo que um raio atinja o carro é sempre mais seguro dentro do que fora dele.

• Lenda: As pessoas ficam carregadas de eletricidade quando são atingidas por um raio e não devem ser tocadas.

• Verdade: As vítimas de raios não "dão choque" e precisam de urgente socorro médico, especialmente reanimação cardio-respiratória.

• Lenda: Um raio nunca cai duas vezes no mesmo lugar.• Verdade: Não importa qual seja o local ele pode ser atingido

repetidas vezes, durante uma tempestade. Isto acontece até com pessoas.

F

PRINCÍPIO ELETROSTÁTICO

FF + +

F+ -

FF --

PRÍNCIPIO DE ATRAÇÃO E REPULSÃO

PRÍNCIPIO DE CONSERVAÇÃO DA CARGA ELÉTRICA

Cargas elétricas de mesmo sinal se repelem e as de sinais opostos se atraem Carga

elétrica não se cria, não se perde, apenas se transfere Num sistema eletricamente isolado, a soma das cargas elétricas é

constante.

+

ANTES DO

CONTATO

-Q1= 3Q Q = -5Q

++ --Q1

! Q2!

+Q1 Q2 = Q1! Q2

!+DEPOIS

DO CONTATO

Q1 Q2= Q1! Q2

! += 3Q+(-5Q)= 2= = -2Q

2-Q

Q1! Q2

!= -Q= 2

2

Lei de Coulomb• Charles Coulomb mediu as forças

eléctricas entre duas pequenas esferas carregadas

• Ele descobriu que a força dependia do valor das cargas e da distância entre elas

K=Constate eletrostática

dFF + +

d

FF+ -

dFF --

LEI DE COULOMB

Q1

Q1

Q1 Q2

Q2

Q2

19

F =K .Q Q1.

d22d

+ + 1

Q1 Q2

2d+ +

Q1 Q2

3d+ +

Q1 Q 2

F = K .Q Q1.

d 22

F= K .Q Q1.

d 23

14

F =2 F =31/4F1 1/9F1

d+ +

Q1 Q2

F = K .Q Q1.

d 21

d/2+ +

Q1 Q2

F =4.K .Q Q1.

d 22

F =9.K .Q Q1.

d22

d/3+ +

3

Q1 Q2

F =2 F =34F1 9F1

F =K .Q Q1.

d22d

+ + 1

Q1 Q2

F =2K .Q Q1.

d 22

F =3K .Q Q1.

d 23

d+ +Q1 2Q 2

d+ +Q1 3Q 2

2

2

F =2 F =32F1 3F1

Campo elétricoé o campo de força provocado por cargas elétricas, (elétrons, prótons ou íons) ou por um sistema de cargas. Cargas elétricas num campo elétrico estão sujeitas a uma força elétrica.

Quando uma esfera está eletrizada, as cargas em excesso repelem-se mutuamente e por isso migram para a superfície externa da esfera, atingindo o equilíbrio eletrostático. Assim, o campo elétrico dentro da esfera (em equilíbrio eletrostático) é nulo, já que não há uma força que atraia uma carga para dentro do corpo.

E =K Q.

d2

LINHAS DE CAMPOSe Q>0 o vetor campo elétrico é de

AFASTAMENTO

Se Q<0 o vetor campo elétrico é de

APROXIMAÇÃO

SUPERFÍCIE EQUIPOTENCIAL

Numa superfície equipotencial as linhas de força são sempre

perpendiculares às superfícies equipotenciais.

VAVB

VBVA

TRABALHO DA FORÇA ELÉTICA

+ +qQ

< 0

> 0

> 0F

SENTIDO NATURAL DO DESLOCMENTO

+ +qQ >

0 FSENTIDO NATURAL DO FORÇADO

>0

<0

A

=

B

A B C=

C

O Trabalho não depende da trajetória.

QF

A BdA dABAB = F.dAB

AB=q.K Q.(1 – 1)

dA dB

q

QF

A BdA dAB

A =q.K Q.(1 – 1)

dA dB

q

∞

∞

A =q.K .Q

dA∞

0

Podemos afirmar que esse é o maior trabalho da força elétrica, para deslocar uma carga do ponto A até o infinito

ENERGIA PONTENCIAL ELÉTRICA

A =q.K Q.(1 – 1 )dA dB

∞ A =q.K .Q

dA∞

0

A =∞ BEPAEP -

A =∞ AEP AEP =q.K .Q dA

Sendo EpB = 0 por considerar o infinito como referencial 0

POTENCIAL ELÉTRICOA grandeza escalar potencial

elétrico é definida como a energia potencial elétrica por unidade de

carga.Colocando-se uma carga q num ponto A de um campo elétrico de uma carga

puntiforme Q, adquire uma energia potencial elétrica EpA. A relação

potencial, energia potencial elétrica e carga é:

AEP

q

AV =

AEP

q

AV =

AEP =q.K .Q dA

=

q.K .Q dA K .Q

q

=dA

AV=K .Q dA

1 volt1coulomb

1 joule = =1V

POTENCIAL DE VÁRIAS CARGAS

Q3

VP=

Pd1

d3

d2

Q1

Q2

V1 +V2 + V3

O POTENCIAL NUMA REGIÃO SOBRE A INFLUÊNCIA DE VÁRIOS CAMPOS É A SOMA DOS POTENCIAIS ELÉTRICOS GERADO POR ESSES CAMPOS

DIFERENÇA DE POTENCIAL (U)

F

A BdAB

Q q

A =B BEPAEP -

=AEP q.VA

=BEP q.VB{

A =B q.VA - q.VB

A =B q.(VA -VB)

DIFERENÇA DE POTENCIAL (U)

A =B q.(VA -VB)

UAB

{É chamado de diferença de potencial elétrica entre os pontos A e B (ddp) ou tensão elétrica entre os pontos A e B.

= qABU

VARIAÇÃO DO POTENCIAL AO LONGO DE UMA LINHA DE FORÇAQ+

A B C

V=K .Q d

Como dA<dB <dc, temos: VA >VB >VC

Percorrendo uma linha uma linha de força no seu sentido, encontramos sempre pontos de menor potencial.

A B C VA >VB >VC

VARIAÇÃO DO POTENCIAL AO LONGO DE UMA LINHA DE FORÇAQ- A B C

V=K .Q d

Como dA < dB < dc, temos: VA > VB > VC

Percorrendo uma linha de força no seu sentido, encontramos sempre pontos de menor potencial.

A B C VA > VB > VC

DIFERENÇA DE POTENCIAL NUM CAMPO ELÉTRICO UNIFORME

VA VB

EF

q

d

A =B q.(VA -VB)

UAB

{

A =B q.E.d

= q.E.dq.(VA -VB)

UAB=E.dFIM DA AULA