Apostila eletrostática

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Apostila com os fundamentos de eletrostática

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Apostila eletrostática

  1. 1. 1 – O QUE É ELETROSTÁTICA? Parte da eletricidade que estuda os fenômenos associados a portadores de carga elétrica em repouso. 2- CARGAS ELÉTRICAS Podemos definir carga elétrica como uma propriedade associada intrinsicamente a certas partículas elementares que constituem o átomo. Embora existam modelos mais complexos para explicar como essas partículas se distribuem no átomo, adotaremos, por simplicidade, um modelo planetário. Nesse modelo, o átomo possui duas regiões distintas: o núcleo e a eletrosfera (região ao redor desse núcleo). 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 de elétrons (carga negativa)! Carga Elementar: É o termo que era utilizado para qualificar uma carga que não poderia ser mais dividida (menor carga elétrica encontrada na natureza). 3 – QUANTIDADE DE CARGA ELÉTRICA (Q) DE UM CORPO Um corpo eletrizado está sempre com falta ou excesso de um certo número n de elétrons, o módulo de sua carga Q é múltiplo inteiro da carga elementar:  n: número de elétrons em falta ou excesso  e: carga elementar (1,6. 10 -19 C) 4- PRINCÍPIOS DA ELETROSTÁTICA Existem dois importantes princípios da eletrostática: I- Princípio da atração e repulsão: Cargas elétricas de mesmo sinal se repelem e de sinais contrários se atraem II- Princípio da conservação das cargas elétricas: Num sistema eletricamente isolado, a soma algébrica das cargas elétricas permanece sempre constante. Observação: 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: 5- 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! Como exemplo, podemos citar os metais, que são bons condutores de eletricidade. Núcleo • prótons: carga positiva • nêutrons: carga neutra Eletrosfera • elétrons: carga negativa
  2. 2. ELETROSTÁTICA 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. Evidentemente, não existe um condutor ideal ou um isolante perfeito. Os isolantes só funcionam como tal até determinado limite, que depende da tensão a qual estão submetidos. 5- ELETRIZAÇÃO DOS CORPOS: Os corpos na natureza possuem o mesmo número de prótons e elétrons, ou seja, sua carga elétrica é zero. Ao ganhar o perder elétrons, os corpos podem ser eletrizados negativamente ou positivamente. Existem três processos de eletrização: I- Eletrização por atrito: foi descoberta pelo matemático Tales de Mileto, na Grécia, aproximadamente em VI a.C., que constatou que o atrito a certos materiais poderiam atrair pedações de pó. Características: - Inicialmente os dois corpos estão neutros. - Após a eletrização, os corpos atritados ficam com cargas de sinais opostos. Assim, quando dois corpos neutros criados com materiais diferentes são atritados, um fica eletrizado negativamente, ou seja, ele ganha elétrons e o outro positivamente, ocorrendo a perda de elétrons. As cargas desses elementos são iguais, mas possuem sinais opostos. II- Eletrização por contato: ocorre quando um corpo é colocado em contato com outro, quando os dois são condutores. Se um desses corpos for eletrizado, a carga elétrica se torna estável e é redistribuída para ambos e os dois ficam com mesma carga e mesmo sinal. Características: - necessita de pelo menos um dos corpos carregado eletricamente. - separando-se os dois condutores, eles estarão com cargas de mesmo sinal. III- Eletrização por indução eletrostática: é necessário que haja um corpo eletrizado, que funcionará como indutor de um corpo neutro. Isso quer dizer que, os corpos não entrarão em contato um com o outro, mas haverá uma movimentação de cargas ou indução. Os elétrons do corpo neutro, dependo do sinal da carga do corpo indutor serão repelidos ou atraídos. - 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), provocando, inicialmente, uma separação das cargas. Exemplos de aplicação 1- Um corpo foi eletrizado positivamente com carga elétrica de 5,6.10 -6 C. Dado: carga do elétron igual a 1,6. 10 -19 C. Nesse corpo há: a) excesso de 5,6.10 13 elétrons b) falta de 9.10 25 elétrons c) excesso de 3,5.10 25 elétrons d) excesso de 3.10 13 elétrons e) falta de 3,5.10 13 elétrons.
  3. 3. ELETROSTÁTICA 2- 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) 1 µC e) 10 µC 3- O texto a seguir apresenta três lacunas. “Se adicionarmos algumas partículas positivas a um corpo eletricamente neutro, desaparece o equilíbrio. O efeito das partículas positivas supera o das partículas negativas e dizemos que o objeto está carregado positivamente. Podemos também carregar positivamente um objeto _________ algumas partículas ____________ e deixando, portanto, um excesso de cargas ___________. As palavras que completam corretamente essas lacunas são respectivamente, a) acrescentando; negativas; positivas. b) retirando; negativas; positivas. c) retirando; positivas; negativas. d) acrescentando; positivas; negativas. e) retirando; positivas; positivas. 4- 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. 5- 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 3,125.10 13 prótons b) perdeu 2.10 13 elétrons c) perdeu 3,125.10 13 de elétrons. d) recebeu 2.10 13 de prótons. e) perdeu 3,125.10 13 de prótons. 6- Dois corpos A e B estão separados e eletrizados com cargas elétricas, respectivamente, iguais a QA = -2 C e QB = 5 C. Colocando-os em contato, o corpo A transfere 1,0.10 19 elétrons para o corpo B, sendo em seguida separados. Dado: e= 1,6.10 -19 C. a) Qual era a quantidade total de carga existente no ambiente antes de haver o contato? b) No contato, que quantidade de carga o corpo A transfere para o corpo B? c) Quais são as quantidades de carga de cada um dos corpos após a realização do contato? d) Que tipo de força (de atração ou repulsão) existe entre os corpos, antes e depois de ter havido o contato? GABARITO: 1- E 2- A 3- B 4- E 5- C 6- a) ΣQantes = +3 C; b) Q = -1,6 C; c) Q’A = -0,4 C e Q’B = +3,4 C (veja que: ΣQantes = ΣQdepois = +3 C); d) Antes e depois do contato, a força é de atração (cargas de sinais contrários).

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