Eletrostática fundamentos

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Aula sobre fundamentos de Eletrostática

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Eletrostática fundamentos

  1. 1. Estudo do comportamento das cargas elétricas em repouso!
  2. 2. 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.
  3. 3. Carga Elétrica • A palavra eletricidade vem do estudo de fenômenos ligados a uma partícula da estrutura do átomo chamada elétron. • 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.
  4. 4. Carga 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).
  5. 5. 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)!
  6. 6. A quantidade de carga elétrica de um corpo é dada por:
  7. 7. 1. Considere um corpo, como mostra a figura, em que cada símbolo (+) correponde a 1019 prótons e cada símbolo (-) corresponde a 1019 elétrons: a) Esse corpo está eletrizado ou está eletricamente neutro? Por quê? b) A carga desse corpo é positiva ou negativa? c) Considerando e a carga elétrica elementar, como podemos representar a quantidade de carga elétrica desse corpo? 2. Considere um objeto no qual se acumularam cargas de modo que sua carga vale -3,2 µC. Levando em conta que a carga elementar tem módulo 1,6.10-19 C, a) as cargas que se acumularam nesse objeto são devidas a prótons ou elétrons? b) em que quantidade?
  8. 8. Princípio da atração e repulsão  Cargas elétricas de mesmo sinal se repelem e de sinais contrários se atraem
  9. 9. Princípio da conservação das cargas elétricas:  Num sistema eletricamente isolado, a soma algébrica das cargas elétricas permanece sempre constante.
  10. 10. 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!
  11. 11. O corpo humano e a Terra também são condutores!!! Ao ligar um condutor eletrizado à Terra, ele perde sua eletrização. Um corpo eletrizado positivamente recebe elétrons ao ser ligado à Terra. Um corpo eletrizado negativamente cede elétrons ao ser ligado à Terra.
  12. 12. 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. CUIDADO!!! Na prática, não existem condutores e isolantes perfeitos, mas, sim, bons condutores, como os metais e a grafite, e bons isolantes, como a mica e a ebonite.
  13. 13. Eletrização por atrito: - Inicialmente os dois corpos estão neutros. - Após a eletrização, os corpos atritados ficam com cargas de sinais opostos.
  14. 14. Eletrização por atrito: - Inicialmente os dois corpos estão neutros. - Após a eletrização, os corpos atritados ficam com cargas de sinais opostos.
  15. 15. A carga adquirida por cada corpo é determinada por uma tabela chamada de série triboelétrica.
  16. 16. Eletrização por contato: (A) necessita de pelo menos um dos corpos carregado eletricamente. (B) quando 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. (C) separando-se os dois condutores, eles estarão com cargas de mesmo sinal.
  17. 17. Eletrização por contato: (A) necessita de pelo menos um dos corpos carregado eletricamente. (B) quando 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. (C) separando-se os dois condutores, eles estarão com cargas de mesmo sinal.
  18. 18. Eletrização por 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.
  19. 19. R.1 Atrita-se uma placa de vidro com um pano de lã, inicialmente neutros; depois, faz-se a lã entrar em contato com uma bolinha de cortiça, também inicialmente neutra, suspensa por um fio isolante. Se aproximarmos a placa da bolinha, constataremos a ocorrência de atração ou repulsão? Justifique. R.2 Dispõe-se de quatro esferas metálicas iguais e isoladas umas das outras. Três delas (A, B e C) estão neutras e a quarta (D) está eletrizada com a carga elétrica Q. Coloca-se D em contato sucessivamente com A, B e C. Qual é a carga elétrica final da esfera D?
  20. 20. 3. (UNIRIO) Três esferas idênticas, muito leves, estão penduradas por fios perfeitamente isolantes, em um ambiente seco, conforme mostra a figura. Em determinado instante, a esfera A (QA = 20 μC) toca a esfera B (QB = - 2 μC); após alguns instantes, afasta-se e toca na esfera C (Qc = -6 μC), retornando à posição inicial. Após os contatos descritos, quais serão as cargas das esferas A, B e C (em μC)?
  21. 21. 4. Em um sistema eletricamente isolado contendo três corpos A, B e C, com cargas iniciais QA = 4C, QB = -8C e QC = 0, respectivamente, verifica- se no seu interior um processo de transferência de elétrons entre eles, ficando o corpo A com carga final de Q’A = 2C e o corpo B com Q’B = -5,2 C. Sendo 1,6.10-19 C o valor absoluto da carga elementar, determine: a) a quantidade total de carga elétrica existente no sistema; b) a carga final do corpo C; c) A quantidade de elétrons que o corpo C ganhou ou perdeu.
  22. 22. 5. Um bastão de vidro perde 3.1013 elétrons, quando atritado com um pano de seda, sendo que ambos estavam inicialmente neutros. Considere e = 1,6.10-19 C o valor da carga de um elétron. a) Determine a quantidade de carga adquirida pelo pano de seda. b) O pano de seda já eletrizado, ao ser colocado em contato com uma bolinha de isopor inicialmente neutra e suspensa por um fio isolante, passa para ela metade de sua carga. Qual é a carga final do pano e do isopor? c) Que tipo de força de interação haverá se aproximarmos o bastão de vidro da bolinha de isopor?
  23. 23. 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), provocando uma separação de cargas no corpo neutro. Afastando o indutor, o induzido volta à situação inicial.
  24. 24. Eletrização por indução: Para que B fique eletrizado, deve-se, após aproximar A de B, realizar a seguinte sequência de operações: (A) na presença do indutor liga-se o induzido à Terra (B) na presença do indutor, desfaz-se a ligação do induzido com a Terra e afasta-se o indutor. (C) os elétrons em excesso no induzido espalham-se imediatamente por ele.
  25. 25. Eletrização por indução: resumindo tudo!! Na eletrização por indução, o induzido eletriza-se com carga elétrica de sinal oposto à do indutor. Nesse processo, a carga do indutor não se altera.
  26. 26. Eletrização por indução Um 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.
  27. 27. Dispositivo que verifica se um corpo ou material está ou não eletrizado, sem contudo identificar o sinal de sua carga elétrica. 1- Pêndulo Eletrostático: é um conjunto constituído por um suporte, um fio isolante e uma esfera neutra presa a ele.
  28. 28. Dispositivo que verifica se um corpo ou material está ou não eletrizado, sem contudo identificar o sinal de sua carga elétrica. 1- Pêndulo Eletrostático: é um conjunto constituído por um suporte, um fio isolante e uma esfera neutra presa a ele.
  29. 29. Dispositivo que verifica se um corpo ou material está ou não eletrizado, sem contudo identificar o sinal de sua carga elétrica. 2- Eletroscópio de lâminas ou folhas: é constituído de duas lâminas metálicas delgadas, ligadas por uma haste condutora a uma esfera metálica.
  30. 30. R.3 Considere um eletroscópio de folhas descarregado. São realizadas as seguintes operações: a) Aproxima-se de sua esfera um corpo negativamente eletrizado. b) Liga-se o eletroscópio à Terra. c) Desfaz-se a ligação com a Terra e, a seguir, afasta-se o corpo eletrizado. Indique o que acontece em cada operação e determine o sinal da carga elétrica do eletroscópio após essas operações.
  31. 31. 6. (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. 7. Um corpo eletricamente neutro perde 5.1020 elétrons em um processo de eletrização. Sendo 1,6.10-19 C o valor absoluto da carga elementar, determine: a) o sinal da carga do corpo eletrizado; b) A quantidade de carga do corpo após o processo de eletrização.
  32. 32. 8. Em um sistema eletricamente isolado contendo três corpos A, B e C, com cargas iniciais QA = 4C, QB = -8C e QC = 0, respectivamente, verifica- se no seu interior um processo de transferência de elétrons entre eles, ficando o corpo A com carga final de Q’A = 2C e o corpo B com Q’B = -5,2 C. Sendo 1,6.10-19 C o valor absoluto da carga elementar, determine: a) a quantidade total de carga elétrica existente no sistema; b) a carga final do corpo C; c) A quantidade de elétrons que o corpo C ganhou ou perdeu.

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