Eletrostática fundamentos

Eletrostática

Professor Marco AntonioOutubro 2014

Eletrostática

Estudo do comportamento

das cargas elétricas em

repouso!

Estrutura da matéria

O átomo possui duas regiões distintas: núcleo e eletrosfera (região ao redor desse núcleo). São muitas as partículas que compõem um átomo, porém apenas três delas interessam: prótons, nêutrons e elétrons.

Carga Elétrica

Existem vários modelos de átomo. Didaticamente, adotaremos o modelo de Rutherford e Böhr (por volta de 1913) para os nossos estudos da Eletricidade, conforme o esquema a seguir.

A palavra eletricidade vem do estudo de fenômenos ligados a uma partícula da estrutura do átomo chamada elétron.

Carga Elétrica Elementar

É o termo que era utilizado para qualificar uma carga que não poderia ser mais dividida (menor carga elétrica encontrada na natureza).

No Sistema Internacional de Unidades, a unidade

de medida de carga elétrica é o Coulomb (C).

Carga Elétrica

Um corpo se diz eletrizado quando as quantidades de prótons e de elétrons são diferentes, isto é, ele tem falta ou excesso de elétrons.

Corpo eletrizado negativamente Corpo eletrizado positivamente

Corpo neutro: número de prótons (carga positiva) é igual ao eu de elétrons (carga negativa)!

Carga Elétrica

A quantidade de carga elétrica de um corpo é

dada por:

Princípios da Eletrostática

1. Princípio da conservação das cargas elétricas: Num sistema eletricamente isolado, a soma algébrica das cargas

elétricas permanece sempre constante.

+

ANTES DO CONTATO

- ++ --Q 1

´ Q 2´

+Q1 Q 2 = Q1´ Q2

´+DEPOIS DO CONTATO

Q1 Q2

Princípios da Eletrostática

2. Princípio da atração e repulsão Cargas elétricas de mesmo sinal se repelem e de sinais contrários

se atraem

Condutores e isolantes

Os condutores são as substâncias nas quais os ELÉTRONS se locomovem com facilidade por estarem fracamente ligados aos átomos.Tem maior facilidade em conduzir a eletricidade!



Os isolantes são materiais que possuem os elétrons estão ligados fortemente ao átomo, o que dificulta sua livre movimentação.São materiais que não transmitem a energia elétrica com facilidade ou nem transmitem.

Processos de eletrização

Eletrização por atrito:- Inicialmente os dois corpos estão neutros.- Após a eletrização, os corpos atritados ficam com cargas de sinais opostos.


A carga adquirida por cada corpo é determinada por uma tabela chamada de série triboelétrica.


Eletrização por contato- necessita de pelo menos um dos corpos carregado eletricamente.


Eletrização por contatoQuando o condutor neutro toca o eletrizado, há uma transferência de elétrons de maneira bem rápida até que ambos os condutores fiquem com o mesmo potencial elétrico.


Eletrização por contatoSeparando-se os dois condutores, eles estarão com cargas de mesmo sinal.


Eletrização por contatoPelo princípio da conservação das cargas elétricas, a quantidade de cargas elétricas antes do contato é igual à quantidade de cargas elétricas depois do contato.

Se os dois corpos forem absolutamente idênticos, no final da experiência eles ficarão com a mesma quantidade de carga elétrica, que será determinada pela média aritmética da quantidade de cargas antes do contato.


Eletrização por indução- Assim como na eletrização por contato, há necessidade que pelo

menos um corpo esteja eletrizado.- Diferentemente da eletrização por contato, o corpo eletrizado

(indutor) é somente aproximado do corpo neutro (induzido)


Eletrização por induçãoAssim, ocorre uma separação das cargas elétricas do corpo neutro devido à repulsão das cargas de mesmo sinal e atração das cargas de sinais diferentes.


Eletrização por induçãoNote que neste caso, há apenas uma separação de cargas, devido às atrações e repulsões!

Para que o processo seja completo, devemos “aterrar” o corpo induzido. No final, teremos corpos eletrizados com cargas de sinais diferentes.


Eletrização por indução


Eletrização por induçãoUm exemplo de uma consequência da eletrização por indução são os raios. Quando temos uma nuvem carregada eletricamente durante uma tempestade, ela irá induzir na superfície cargas de sinais opostos criando assim um campo elétrico entre a nuvem e a superfície.

Se esse campo elétrico for muito intenso teremos uma descarga elétrica violenta que nós conhecemos como raio.

Exemplos de aplicação

1- Examine as afirmações abaixo e assinale V (verdadeiro) ou F (falso)( ) I. Cargas elétricas de sinais diferentes se repelem.( ) II. Cargas elétricas de mesmo sinal se repelem.( ) III. Cargas elétricas de sinais diferentes se atraem.

2- Passando-se um pente nos cabelos verifica-se que ele pode atrair pequenos pedaços de papel. Dentre as três afirmações abaixo pode ou não haver uma explicação para o fenômeno. Verifique o que realmente ocorre,I) aquecimento do pente por atrito, provocando convecção do ar e por isso o pedaço de papel sobe em direção ao pente;II) eletrização do pente, que induz cargas no papel, provocando a sua atração;III) deseletrização do pente, que agora passa a ser atraído pelos pedaços de papel que sempre estão eletrizados.


3- Examine as afirmações abaixo e assinale V (verdadeiro) ou F (falso)( ) I. Na eletrização por contato, os corpos se eletrizam com cargas de mesmo sinal.( ) II. Na eletrização por atrito, os corpos se eletrizam com cargas de sinais opostos.( ) III. Na eletrização por indução, o induzido adquire carga de sinal contrário à do indutor.( ) VI Dois corpos neutros podem atrair-se ou repelir-se entre si.( ) V Dois corpos carregados podem atrair-se ou repelir-se, dependendo dos sinais de suas respectivas cargas.( ) VI. Um corpo neutro e um eletrizado podem atrair-se entre si.( ) VII. Um corpo neutro e um eletrizado não se atraem nem se repelem.


4- Duas esferas A e B, metálicas e idênticas, estão carregadas com cargas respectivamente iguais a 16µC e 4µC. Uma terceira esfera C, metálica e idêntica às anteriores, está inicialmente descarregada. Coloca-se C em contato com A. Em seguida, esse contato é desfeito, e a esfera C é colocada em contato com a B. Adote 1µC = 1.10-6 C. Supondo-se que não haja troca de cargas elétricas com o meio exterior, a carga final de C é igual a quanto?

5- Uma partícula encontra-se eletricamente carregada com uma quantidade de carga de -6,0 nC. Qual o número de elétrons fornecido a essa partícula para que ela adquira essa quantidade de carga? O valor da carga elétrica elementar é 1,6.10-19C. Use 1 nC = 1.10-9 C.

6- (UFU - MG) Um corpo eletricamente neutro:a) não existe, pois todos os corpos têm cargas elétricas.b) não existe, pois somente um conjunto de corpos pode ser neutro.c) é um corpo que não tem cargas elétricas positivas nem negativas.d) é um corpo desprovido de cargas elétricas positivas.e) é um corpo com o mesmo número de cargas elétricas positivas e negativas.

7- (Direito.C.L. -96) Quando um bastão eletricamente carregado atrai uma bolinha condutora A, mas repele uma bolinha condutora B, conclui-se que:a) A bolinha B não está carregada.b) Ambas as bolinhas estão carregadas igualmente.c) Ambas as bolinhas podem estar carregadas.d) A bolinha B deve estar carregada positivamente.e) A bolinha A pode não estar carregada.


8- Atrita-se um bastão de vidro com um pano de lã, ambos inicialmente neutros. Pode-se afirmar que:a) só a lã fica eletrizada;b) só o bastão fica eletrizado;c) o bastão e a lã se eletrizam com cargas e mesmo sinal;d) o bastão e a lã se eletrizam com cargas de mesmo valor absoluto e sinais opostos;e) não haverá eletrização elétrica pois ambos são isolantes elétricos.

9- A matéria em seu estado normal não manifesta propriedades elétricas. Isso significa que:a) ela é constituída somente de nêutrons;b) ela possui mais elétrons que nêutrons;c) ela possui mais elétrons que prótons;d) ela possui mais prótons que elétrons;e) ela possui quantidades iguais de prótons e elétrons.


10- (PUC-SP) Não é possível eletrizar uma barra metálica segurando-a com a mão, porque:a) a barra metálica é isolante e o corpo humano é bom condutor.b) a barra metálica é condutora e o corpo humano é isolante.c) tanto a barra metálica como o corpo humano são bons condutores.d) a barra metálica é condutora e o corpo humano é semicondutor.e) tanto a barra metálica como o corpo humano são isolantes.


11- (UFRS) Selecione a alternativa que apresenta as palavras que preenchem corretamente as duas lacunas, respectivamente.

I- A carga elétrica de um corpo que apresenta um número de elétrons ___________ ao número de prótons, é positiva.II- Nos cantos de uma caixa cúbica condutora, eletricamente carregada, a densidade de carga é __________ que nos centros de suas faces.a) superior - maior dob) superior - a mesmac) inferior - maior dod) inferior - menor doe) inferior - a mesma


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