ELETROSTÁTICA e FORÇA ELÉTRICA

1. COLÉGIO DA POLÍCIA MILITAR -
ANEXO I – PETROLINA
PROFESSOR: MÁRIO ARAÚJO
DISC.: FÍSICA
ELETRICIDADE

2. Quais conhecimentos básicos necessários
para o funcionamento e evolução tecnológica
abaixo?

3. Corrente elétrica e Onda eletromagnética
A corrente elétrica é um movimento
ordenado de CARGAS ELÉTRICAS.
Esse movimento ordenado, nos
condutores sólidos como os metais, é
promovida pelos elétrons. Nos gases e
líquidos quem entram em movimento
são os íons.
As ondas eletromagnéticas são
resultados das combinações de
campos elétricos com campos
magnéticos decorrente da oscilação
de uma CARGAS ELÉTRICAS.

4. Assim temos que compreender o que são:
1º - Cargas elétricas;
2º - Campos elétricos e magnéticos.

5. ELETRICIDADE
ELETROSTÁTICA
ELETRODINÂMICA
ELETROMAGNÉTISMO

6. ELETROSTÁTICA
Eletrostática do grego elektron + statikos, estacionário, é
o ramo da eletricidade que estuda as propriedades e o
comportamento de cargas elétricas em repouso, ou que
estuda os fenômenos do equilíbrio da eletricidade nos
corpos que de alguma forma se tornam carregados de
carga elétrica, ou eletrizados.
Cargas Elétricas
Força Elétrica
Campo Elétrico
Potencial Elétrico

7. ELETRODINÂMICA
A eletrodinâmica é a parte da física responsável pelo estudo
do comportamento das cargas elétricas em movimento.
É sabido por todos a importância da energia elétrica para a
humanidade, já que, através dela, o avanço tecnológico e as
facilidades que completam a vida moderna são cada vez
maiores. Para entendermos o movimento que acontece com
a energia elétrica, precisamos relembrar o conceito
de elétrons livres.
Corrente elétrica
Resistência elétrica
Associação de resistores
Potência Elétrica
Consumo de energia elétrica

8. ELETROMAGNÉTISMO
Eletromagnetismo é o ramo da física que estuda a
relação entre as forças da eletricidade e do magnetismo
como um fenômeno único. Ele é explicado pelo campo
magnético.
Ímãs e campo magnético
Força magnética
Indução magnética

9. Cargas Elétricas - O Átomo
A matéria é formada de pequenas
partículas, os átomos. Cada átomo, por sua
vez, é constituído de partículas ainda
menores, os prótons, os elétrons e os
nêutrons.
Os prótons e os elétrons
apresentam uma importante propriedade
física, a carga elétrica. A carga elétrica do
próton é positiva (+) e a do elétron negativa
(-) com a mesma intensidade. Já os
nêutrons não possuem carga elétrica.
O átomo é um sistema
eletricamente neutro. Entretanto quando
ele perde ou ganha elétrons, fica
eletrizado. Eletrizado positivamente
quando perde elétrons e negativamente
quando recebe elétrons.
Sendo a carga do elétron a
menor quantidade de carga elétrica
existente na natureza, ela foi tomada
como carga padrão nas medidas de
carga elétricas, conhecida como
carga elementar e é representada
por é. No S.I. a unidade de medida
de carga elétrica é o Coulomb (C).

10. Princípios da Eletrostática
Princípio da Atração e Repulsão
• Cargas elétricas de mesmo sinal se repelem;
• Cargas elétricas de sinais opostos se atraem.

11. Princípio da Quantização da Carga Elétrica
Qualquer corpo eletrizado terá carga elétrica múltipla
inteira do valor absoluto da carga do elétron.
é
n
Q .

Q = carga elétrica de um corpo qualquer
n = número inteiro de cargas
é = carga elementar, que tem o mesmo
módulo para o próton e elétron
Portanto, um corpo pode ser:
a) eletrizado positivamente: falta de elétrons Q = + n . e
b) eletrizado negativamente: excesso de elétrons Q = – n . e

12. Princípio da conservação das cargas
A soma algébrica das cargas positivas e negativas é
constante num sistema eletricamente isolado (sem
troca com o meio exterior).

13. Condutores e isolantes
Condutores elétricos
Meios materiais nos quais as cargas elétricas movimentam-
se com facilidade.
Exemplos: corpo humano, metais, grafite, gases iônicos,
soluções aquosas de ácidos, bases e sais
Isolantes elétricos ou dielétricos
Meios materiais nos quais as cargas elétricas não têm
facilidade de movimentação.
Exemplos: borracha, plástico, vidro, isopor, porcelana,
papel, madeira, água destilada, óleos minerais etc.

15. Semicondutores
São sólidos cristalinos de condutividade elétrica
intermediária entre condutores e isolantes.
Seu emprego é importante na fabricação de
componentes eletrônicos tais como diodos, transistores e
outros de diversos graus de complexidade tecnológica,
microprocessadores, e nanocircuitos usados em
nanotecnologia.

16. Processos de Eletrização
Processo no qual se torna um corpo carregado
eletricamente.
A eletrização se dá com o transporte de elétrons ou íons.
Tipos de Eletrização
 Atrito
 Contato
 Indução

17. Eletrização por Atrito
Ao se atritar dois corpos, inicialmente neutros, haverá uma
troca de elétrons entre eles.
Após a eletrização por atrito os corpos adquirem cargas
de mesmo módulo e de sinais contrários. Logo eles se
atraem.

18. Série Triboelétrica
Pele de gato
Vidro polido
Marfim
Lã
Pena
Madeira
Papel
Seda
Goma-laca
Vidro despolido
+
-
Exemplo:
Ao se atritar um bastão de
vidro polido com uma pano
de seda, o vidro ficará
eletrizado positivamente e a
seda ficará negativamente.

19. Eletrização por Contato
Ao se encostar (ou ligar por um condutor) dois corpos de
mesmas dimensões, com cargas diferentes, haverá o
movimento de elétrons de um para o outro, cujo sentido
dependerá do sinal e do valor das cargas.
Após a eletrização por contato os corpos (com mesmas
dimensões) adquirem cargas iguais em módulo e sinal.
Logo eles se repelem.

20. Eletrização por contato
Exemplo 1: Corpo eletrizado negativamente
Corpo A (Eletrizado
Negativamente)
Corpo B
(neutro)
O sinal
negativo
representa o
excesso de
elétrons no
corpo A.
A B

21. B
Eletrização por contato
Exemplo 1: Corpo eletrizado negativamente
Os elétrons em excesso do corpo A são transferidos
para o corpo B até que ambos possuam a mesma
carga elétrica (corpos idênticos).
A
Ao final do processo temos dois corpos
eletrizados com cargas de sinais iguais.

22. Eletrização por contato
Exemplo 2: Corpo eletrizado positivamente
Corpo A (Eletrizado
positivamente)
Corpo B
(neutro)
O sinal
positivo
representa o
excesso de
prótons no
corpo A.
A B
O corpo B
possui o
mesmo
número de
prótons e
elétrons.

23. Eletrização por contato
Exemplo 2: Corpo eletrizado positivamente
Quando o contato é estabelecido entre os dois corpos,
os elétrons de B são transferidos para A. Cada elétron
transferido de B neutraliza um próton em excesso de A
A B

24. PROCESSOS DE ELETRIZAÇÃO
Eletrização por contato
Exemplo 2: Corpo eletrizado positivamente
Quando o contato é estabelecido entre os dois corpos,
os elétrons de B são transferidos para A. Cada elétron
transferido de B neutraliza um próton em excesso de A.
A
Ao final do processo temos dois corpos
eletrizados com cargas de sinais iguais.
B
Cada elétron
neutraliza
um próton.

25. + +
+
+ +
+
- -
- -
+
-
condutor
+ 1
+ + 1 +
condutor
2
2
1 Q
Q
Q


A carga final é igual à média das cargas
iniciais dos corpos (com dimensões
iguais).
+ 6 - 4
Cálculo da Carga Final na Eletrização por Contato

26. Eletrização por Indução
Nesse tipo de eletrização o corpo é carregado sem o
contato.
Indutor: corpo que induz o movimento de cargas no
induzido.
Induzido: corpo cujas cargas se movem devido à presença
do indutor.
Após a eletrização por indução os corpos (inicialmente um
neutro e outro eletrizado) adquirem cargas de sinais contrários.
Logo eles se atraem.

27. Eletrização por Indução
Quando um objeto negativamente carregado é colocado
próximo a uma superfície condutora, os elétrons se
movimentam pela superfície do material, mesmo não
havendo contato físico.
Bastão carregado
negativamente
Este é o princípio
utilizado na
eletrização por
indução

28. Quando um bastão negativamente eletrizado é trazido
para perto das esferas, os elétrons livres se movimentam
devido à repulsão elétrica.
Eletrização por Indução
Considere duas esferas metálicas que estejam se tocando,
de modo que efetivamente formem um único condutor não-
eletrizado.
Sendo assim, as esferas possuem o mesmo número de
elétrons e prótons.

29. Eletrização por Indução – aterramento
É possível eletrizar uma única esfera por indução se a
tocarmos enquanto as cargas encontram-se separadas.
O bastão carregado positivamente
provoca a separação de cargas
na esfera
Ao tocar a esfera, elétrons são
transferidos.
Ao final do processo a esfera
possui excesso de prótons.

30. Eletrização por Indução – aterramento
Este processo pode ser realizado com um fio
ligado à terra (aterramento).
Os elétrons serão
transferidos da terra
para a esfera se o fio
for ligado do lado
positivo. Logo, a esfera
ficará carregada
negativamente.
Os elétrons serão
transferidos da esfera
para a terra se o fio for
ligado do lado
negativo. Logo, a
esfera ficará carregada
positivamente.

31. ++
+
+
+
+
-
-
+
+
+
- +
- +
-
+ +
+
+ +
+
- -
+ +
+
-
+
-
+
-
+ +
+ +
+ +
++
+
+
+
+
-
-
+
+
+
- +
- +
-
-
D
++
+
+
+
+
-
-
+
+
+
- +
- +
-
-
-
-
-
-
E
F
AFASTADOS
+ +
+
+ +
+
- -
-
- -
-
C
B
A

32. Eletroscópio
 Pêndulo Eletrostático
 Eletroscópio de Folhas
Aparelho que verifica a existência ou não de carga
elétrica nos corpos.
Tipos de Eletroscópio

33. Pêndulo Elétrico
Ao fazer contato, o pêndulo eletriza-se
com carga de mesmo sinal que o corpo
eletrizado.
Corpo A eletrizado.
Pêndulo
neutro.
Aproxima-se um corpo A eletrizado,
do pêndulo neutro.
Corpo B eletrizado.
Aproxima-se então, um corpo B
eletrizado do pêndulo.
C tem carga de mesmo sinal de A.
B tem carga de sinal contrário de A.
Pêndulo
eletrizado.
Aproxima-se então, outro corpo C
eletrizado do pêndulo.

34. Eletroscópio de Folhas
Ao aproximar um corpo de um eletroscópio de folhas, suas
lâminas se abrem indicando a presença de cargas elétricas
nesse corpo. No primeiro caso a carga do corpo eletrizado é
negativa, no segundo caso a carga é positiva.
Ao aproximar um corpo eletrizado de um eletroscópio
carregado, as folhas irão se fechar caso a carga do corpo
seja contraria do eletroscópio.
Corpo Eletrizado
Corpo Eletrizado
Ao aproximar um corpo eletrizado de um eletroscópio
carregado, as folhas irão se abrir caso a carga do corpo seja
igual a do eletroscópio.

35. OS RAIOS

36. OS RAIOS
 Uma nuvem pode ser eletrizar a partir das
colisões entre as partículas que a constitui.
 Experiências realizadas com balões
mostram que as nuvens de tempestades
(responsáveis pelos raios) apresentam,
geralmente, cargas elétricas positivas na
parte superior e negativas na inferior.
• Ao passar nas proximidades da superfície
terrestre, a nuvem induz cargas de sinal
contrário.

37. OS RAIOS
• Ao passar nas proximidades da superfície
terrestre, a nuvem induz cargas de sinal
contrário.
O raio – ou descarga
elétrica – é constituído
de elétrons que, neste
caso, são transferidos
da nuvem para a
superfície terrestre.

38. OS RAIOS
Descarga elétrica da nuvem para o solo

39. Lei de Coulomb
A intensidade da força de ação mútua entre duas cargas elétricas
puntiformes é diretamente proporcional ao produto das cargas e
inversamente proporcional ao quadrado da distância que as separa.
Carga Puntiforme: dimensão desprezível.
2
2
1.
.
d
Q
Q
k
F 
F = força de atração ou repulsão (N)
Q1 e Q2 = carga elétrica (C)
d = distância entre as cargas elétricas (m)
k = constante eletrostática do meio
(vácuo)
.
10
.
9 2
2
9
C
m
N
ko 
o
o
k

4
1


40.  São de campo, ou seja, não é necessário o contato entre as
cargas;
 Podem ser de Atração ou Repulsão;
 Formam um par de Ação e Reação;
 Dependem do meio (na água a força é 80 vezes menor que no
vácuo);
 Geralmente são bem mais intensas que as forças gravitacionais.
As forças eletrostáticas:

41. F
d
Hipérbole
Função Inversa
2
.
.
d
q
Q
k
F 
Gráfico F x d
d
q
Q
F F