O documento discute conceitos fundamentais de eletrostática, incluindo eletrização por atrito, séries triboelétricas, condutores e isoladores, campo elétrico, força elétrica, distribuição de cargas em condutores, polarização de moléculas e experiências históricas como a de Nollet e Millikan.

1. Interacção electrostática e campo eléctrico

2. Electrização por Fricção Porque é que o balão ficou “colado” à parede?

3. Série triboeléctrica Maior facilidade em receber electrões Esfregando uma fita de PVC com lã Qual deles adquire carga negativa? Celulóide PVC Teflon Borracha Nylon Lã Algodão Âmbar Cabelo humano Mica Vidro Pele de coelho Amianto Série triboeléctrica

4. Série triboeléctrica Maior facilidade em receber electrões Esfregando uma fita de nylon com lã Qual deles adquire carga negativa? Celulóide PVC Teflon Borracha Nylon Lã Algodão Âmbar Cabelo humano Mica Vidro Pele de coelho Amianto Série triboeléctrica

5. Condutores e Isoladores I Nos condutores as cargas eléctricas têm tendência a distribuir-se uniformemente à sua superfície. Uma das esferas é de cobre e a outra é de borracha. Identifica-as. Esfera A Esfera B A – borracha; B - cobre

6. Mas que entusiasmo … Um beijo eléctrico: uma sensação especial Diversão popular na corte do século XVIII Experiência de Nollet (1746): uma “fila” de 600 padres (1 milha de comprimento) ligados entre si por fios metálicos. Jean-Antoine Nollet 1700-1770

7. Condutores e Isoladores II Condutor Isolador Nos condutores as cargas eléctricas têm liberdade de movimento. Nos isoladores formam-se apenas dipolos resultantes de um afastamento dos centros de distribuição de carga positiva e negativa. Moléculas polarizadas Estrutura metálica Electrões livres ou de condução

8. O electroscópio Aproximando um corpo carregado negativamente Aproximando um corpo carregado positivamente

9. Ligar à “ Terra ” Descarregando um electroscópio carregado positivamente Descarregando um electroscópio carregado negativamente

10. Electrização: contacto e indução Carregar um electroscópio positivamente por contacto Carregar um electroscópio por indução Carregar um electroscópio negativamente por contacto

11. Reaproximando a barra de vidro Se a barra de vidro for de novo carregada positivamente e reaproximada do electroscópio anteriormente electrizado, o que sucederá? O ponteiro do electroscópio: a) afasta-se da vertical. b) aproxima-se da vertical. c) mantém-se na mesma posição. Electroscópio carregado por contacto com uma barra de vidro carregada positivamente. a) afasta-se da vertical.

13. Barra de vidro, novamente … Electroscópio carregado por influência com uma barra de vidro carregada positivamente. Se a barra de vidro for de novo carregada positivamente e reaproximada do electroscópio anteriormente electrizado, o que sucederá? O ponteiro do electroscópio: a) afasta-se da vertical. b) aproxima-se da vertical. c) mantém-se na mesma posição. b) aproxima-se da vertical.

14. Electrização por influência II Carregar um sistema de duas esferas por indução Carregar um prato de alumínio por influência

15. Escolhe a opção correcta Qual das figuras representa a distribuição de carga eléctrica em três esferas condutoras (neutras) quando se aproxima da esfera X uma barra carregada positivamente?

16. Polarização de um isolador

17. Polarização Polarização de um átomo A nuvem electrónica que rodeia o núcleo é distorcida em resposta a um objecto carregado, sendo atraída ou repelida consoante a carga do objecto. Nuvem electrónica Distribuição uniforme do electrão em redor do núcleo Distribuição não uniforme do electrão em redor do núcleo

18. Moléculas de água: orientem-se! As moléculas de água são polares e orientam-se ao serem atraídas pelo objecto carregado.

19. Lei de Coulomb As forças são simétricas e com a mesma linha de acção. O módulo da força eléctrica é directamente proporcional ao produto das cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre elas. Charles Coulomb 1736-1806 Balança de torção de Coulomb

20. Força eléctrica e permitividade do meio A força eléctrica depende do meio. A cada meio atribui-se uma certa constante k .  é a permitividade eléctrica do meio e é inversamente proporcional a k . Unidade S.I. de permitividade: F m -1 (farad por metro) = C 2 N -1 m -2 Ordena por ordem crescente de intensidade a força entre duas cargas a uma certa distância uma da outra nos seguintes meios: ar, água e álcool. Ordem crescente: água, álcool, ar.  /    / C 2 N -1 m -2 Meio 80,2 7,1 X 10 -10 Água (25º C) 24,9 2,2 X 10 -10 Etanol (25º C) 2,26 20 X 10 -12 Polietileno 1,0005 8,8595 X 10 -12 Ar 1,0000 8,8542 X 10 -12 Vácuo Permitividade relativa Permitividade

21. Escolhe a opção correcta Qual das figuras representa a força eléctrica entre uma partícula alfa e um núcleo atómico em função da sua distância de separação?

22. Escolhe a opção correcta As esferas estão isoladas da mesa e a esfera 2 tem o triplo da carga eléctrica da esfera 1. Qual das figuras representa a forças de interacção entre as esferas?

23. Campo Eléctrico Unidade S.I.: N C -1 ou V m -1 Força eléctrica que a(s) carga(s) criadora exerce na carga de prova Carga de prova O campo eléctrico não depende da carga de prova. CAMPO ELÉCTRICO Intensidade : força eléctrica exercida por unidade de carga de prova (1 Coulomb) Direcção : a da força eléctrica Sentido :o da força eléctrica exercida sobre cargas de prova positivas + - Carga de prova Carga criadora

24. Campo eléctrico de uma carga pontual Carga criadora Q (positiva) Carga de prova q 0 + Explica a semelhança com a expressão do campo gravítico

25. Campo eléctrico e distância Como varia o campo eléctrico se a distância ao centro, r , aumentar n vezes? O campo eléctrico diminui n 2 vezes.

26. Linhas de campo eléctrico - carga positiva Carga eléctrica positiva q 1 Carga eléctrica positiva q 2 >q 1 Carga eléctrica positiva q 3 >q 2 Carga eléctrica pontual positiva: campo radial e centrifugo

27. Linhas de campo eléctrico - carga negativa Carga eléctrica negativa q 1 Carga eléctrica negativa maior em módulo Carga eléctrica pontual negativa: campo radial e centrípeto Carga eléctrica negativa ainda maior em módulo + - Carga de prova Carga de prova

28. Linhas de campo eléctrico - duas cargas positivas Duas cargas eléctricas positivas: q 1 = q 2 As linhas de campo divergem (“saem”) das cargas positivas. Duas cargas eléctricas positivas: q 1 < q 2 Que diferenças existiriam se ambas as cargas fossem negativas? As linhas de campo convergem (“entram”) nas cargas negativas.

29. Linhas de campo eléctrico - duas cargas de sinais opostos As linhas de campo saem das cargas positivas e entram nas cargas negativas . Duas cargas eléctricas de sinais opostos: q 2 com maior módulo Duas cargas eléctricas simétricas: q 1 =- q 2 DIPOLO ELÉCTRICO

30. Princípio da sobreposição

31. Campo eléctrico uniforme + Carga de prova + Carga de prova + Carga de prova + Carga de prova Campo eléctrico constante em módulo, direcção (perpendicular às placas) e sentido (da placa positiva para a negativa) Condensador plano: armaduras com cargas simétricas +Q -Q

32. Dipolos num campo eléctrico uniforme + - + - + - + - Alinhamento de moléculas polares na presença de um campo eléctrico

33. Intensidades de campos eléctricos O tubarão detecta campos eléctricos fraquíssimos produzidos pelos músculos da sua presa: 10 -6 N/C 150 Atmosfera (troposfera) 10 14 Pulsar 10 11 Laser 10 000 000 Membrana celular 3 000 000 Disrupção do ar seco 10 000 Relâmpago 1000 Luz solar 0,01 Fio eléctrico doméstico E (N/C) Fonte

34. Experiência da gota de óleo de Millikan (1909) Robert Millikan 1868 - 1953 Prémio Nobel 1923 Mediu a carga elementar (módulo da carga do electrão). Mostrou que a carga estava quantizada. Cargas possíveis:

35. Condutores electrizados em equilíbrio electrostático A componente de E paralela à superfície originaria movimento de cargas: não existiria equilíbrio. No equilíbrio electrostático não pode existir componente paralela de E. Num condutor em equilíbrio, o campo eléctrico é, em cada ponto, perpendicular à superfície.

36. Qual o campo no interior? A carga eléctrica distribui-se apenas pela superfície exterior do condutor. A carga eléctrica no interior é nula. O campo eléctrico é nulo no interior Condutor neutro em equilíbrio num campo eléctrico uniforme. As cargas eléctricas induzidas à superfície contribuem para o campo eléctrico resultante exterior.

37. Distribuição de cargas e poder das pontas A carga tende a acumular-se nas regiões de maior curvatura (maior convexidade).Logo o campo eléctrico é aí muito mais intenso. Curvatura (convexidade) crescente Raio de curvatura crescente

38. Poder das pontas e pára-raios Casas sem pára-raios Uma casa com pára-raios A presença do pára-raios permite uma descarga gradual da carga da nuvem, evitando uma descarga súbita e explosiva característica dos relâmpagos. A carga eléctrica das nuvens induz uma carga oposta no solo. O campo eléctrico de disrupção do ar seco é cerca de 3 x 10 6 C. Campo eléctrico entre o pára-raios e a base da nuvem.