Eletricidade e magnetismo - carga elétrica e eletrostática 1
Carga Elétrica e Eletrostática
Eletricidade e magnetismo - carga elétrica e eletrostática 2
Conceito de carga elétrica● A carga elétrica está associada às partículas
atômicas prótons e elétrons, que são as menores partículas que apresentam carga (positiva e negativa respectivamente)
● A carga elétrica de um corpo qualquer é, portanto, a diferença líquida ou o desequilíbrio entre prótons e elétrons. ● Excesso de elétrons → carga negativa● Deficiência de elétrons → carga positiva
Eletricidade e magnetismo - carga elétrica e eletrostática 3
Força Elétrica● Entre dois corpos quaisquer carregados
eletricamente há uma Força Elétrica, que pode ser verificada através de experiências simples de eletrização.
● A intensidade dessa força é dada por:
F=kQ1Q2
D2 [N ]
Eletricidade e magnetismo - carga elétrica e eletrostática 4
Força Elétrica
● Q1 e Q
2 : cargas elétricas dos corpos envolvidos
[C] coulomb
● Constante [m/F] metro/faraday
●
● ● D: distância entre as cargas [m] metro
k= 140
0=8,854 x10−12F /mno vácuoouespaçolivre
k=9 x109m/F novácuoou espaçolivre
Eletricidade e magnetismo - carga elétrica e eletrostática 5
Força Elétrica● A força elétrica é de atração quando as duas cargas
tem sinais iguais e de repulsão quando tem sinais diferentes
● A força elétrica é inversamente proporcional ao quadrado da distância, como a força gravitacional
● A força elétrica é muito elevada, não notamos seus efeitos porque normalmente os corpos estão neutros eletricamente ou com cargas muito pequenas.
Eletricidade e magnetismo - carga elétrica e eletrostática 6
Força ElétricaExemplo
● Duas cargas pontuais, Q1=+37 nC e Q
2=+70 nC, estão
localizadas nos pontos (1,3,0) m e (0,0,2) m respectivamente no espaço livre. Encontre a intensidade da força elétrica entre essas cargas. A distância entre as cargas é dada por:
D=1−023−020−22=3,74
F=9⋅109⋅37⋅10−9⋅70⋅10−9
3,742 =1,66 N
Eletricidade e magnetismo - carga elétrica e eletrostática 7
Força ElétricaExercício
● Duas cargas pontuais, Q1= +3 x 10-4 C no ponto
(1,2,3) m e Q2=-10-4 C, no ponto (2,0,5) m estão no
espaço livre. Encontre a intensidade da força elétrica entre essas cargas.
● Resposta: F = 30 N
Eletricidade e magnetismo - carga elétrica e eletrostática 8
Força Elétrica
● A direção e o sentido da força elétrica são determinados da seguinte forma: a direção é a da reta que une os dois centros das cargas; o sentido é de atração quando as cargas tem sinais opostos (figura abaixo) e de repulsão se as cargas tem o mesmo sinal. Vetorialmente, forças de mesma intensidade e sentidos opostos agem nas duas cargas .
Q1(-)
Q2(+)
F1
F2= -F1
∣F1∣=∣F 2∣=F=kQ1Q2
D2
Eletricidade e magnetismo - carga elétrica e eletrostática 9
Campo Elétrico● Campo elétrico é definido simplesmente como o campo de forças
gerado no espaço por uma carga elétrica sobre uma carga elétrica unitária positiva (carga de teste). Se a carga Q1 do exemplo anterior for a carga geradora de campo e a carga Q2 for a carga de teste (+1C), a força elétrica em na carga de teste dividida por 1 C é igual ao Campo Elétrico [N/C] na posição do espaço em que essa carga se encontra.
Q1
Q2 = + 1C (carga de teste)Localizada no ponto(x,y,z)E(x,y,z)= F/(1C)
F=kQ 1⋅1CD2
E=kQ1
D2 [N /C ]ou [V /m ]: unidade prática
F
Eletricidade e magnetismo - carga elétrica e eletrostática 10
Campo Elétrico● Variando a posição da carga de teste podemos mapear o campo
elétrico ao redor da carga fonte. A figura abaixo indica as linhas de campo de uma carga pontual negativa.
Q1(-)
E
Eletricidade e magnetismo - carga elétrica e eletrostática 11
Campo ElétricoExercício
● Calcule o campo elétrico gerado por uma carga pontual a uma distância de 10 m, sabendo que essa carga é de -1 μC. Faça um desenho esquematizando a direção e o sentido desse campo elétrico.