Força Eletromagnética

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Força Eletromagnética

  1. 1. FORÇA ELÉTRICA Lino Mendes Barbosa Instituto Federal do Tocantins - IFTO 30 de março de 2015
  2. 2. 1 Sumário 2 Forças fundamentais da natureza 3 Forças entre cargas elétricas puntiformes: Lei de Coulomb Cargas puntiformes 4 Força elétrica - Lei de Coulomb Lei de Coulomb Constante eletrostática k Sinal da força elétrica ±Q Distância entre as cargas d
  3. 3. Forças fundamentais da natureza Desde a década de 60 no século XX, os físicos sabem que em todos os fenômenos físicos estão envolvidos apenas quatro tipos direrentes de interações fundamentais, representadas por quatro diferentes forças: ∙ Força nuclear forte: é a que une prótons e nêutrons no núcleo do átomo; ∙ Força nuclear fraca: é a que causa o decaimento radioativo do núcleo de certos átomos; ∙ Força gravitacional: é a que atua em todas as partículas no Universo; ela é sempre atrativa, nunca repulsiva; ∙ Força eletromagnética: é a força de interação (atração e repulsão) entre corpos possuidores de cargas elétricas e/ou corpos magnetizados.
  4. 4. Forças entre cargas elétricas puntiformes Cargas puntiformes ∙ Define-se carga elétrica puntiforme como sendo o corpo eletrizado cuja dimensões podem ser desprezados em relação às distâncias que o separam de outros corpos eletrizados.
  5. 5. Força elétrica ∙ Considere duas cargas elétricas puntiformes Q1 e Q2 separadas pela distância d e situadas no vácuo, coforme a figura a baixo. Entre elas ocorre atração (Fig. a), se tiverem sinais opostos, ou repulsão (Fig. b), se tiverem mesmo sinal, com forças de mesma intensidade, mesma direçao e sentidos opostos, de acordo com o príncipio da ação é reação. Figura: a Figura: b
  6. 6. Força elétrica Lei de Coulomb ∙ A intensidade da força de ação mútua entre as cargas, supostas no vácuo, depende da distância d entre as cargas e dos valores das cargas Q1 e Q2. ∙ A influência desses fatores foi determidado experimentalmente por Charles Coulomb 1 , que estabeleceu o enunciado, conhecido como lei de Coulomb.
  7. 7. Força elétrica Lei de Coulomb Lei de Coulomb A intensidade da força de ação mútua entre duas cargas elétricas puntiformes é diretamente proporcional ao produto dos valores absolutos das cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância que as separa. Fe = k0 · |Q1| · |Q2| d2 (1) No sistema internacional de unidades (SI), a unidade de carga elétrica é o coulomb, cujo simbolo é C.
  8. 8. Força elétrica Constante eletrostática k A constante de proporcionalidade, k, depende do meio onde estão as cargas e do sistema de unidades adotado. No caso do vácuo, é indicada por k0 e denominada constante eletrostática do vácuo ou simplesmente constante eletrostática. k0 = 9 · 109 · N · m2 C2 (2) Este é o valor experimental da constante eletrostática k0.
  9. 9. Força elétrica Constante eletrostática k O quadro a baixo apresenta valores de constante eletrostáticas k de alguns outros meios. Meios k (N · m2/C2) água 1, 1 · 108 quartzo 2, 1 · 109 benzeno 2, 3 · 109 papel 2, 6 · 109 etanol 3, 6 · 108 petróleo 3, 6 · 109 polietileno 3, 9 · 109 Tabela: Valores para a constante eletrostática k para diferentes meios.
  10. 10. Força elétrica Sinal da força elétrica ±Q Como as cargas elétricas Q1 e Q2 podem ter sinais diferentes, a intensidade da força elétrica calculada pode ser positiva ou negativa. Devemos interpretar os sinais da seguinte forma: ∙ Q1 e Q2 com mesmo sinal: F > 0 - força elétrica positiva significa repulsão entre as cargas. ∙ Q1 e Q2 com sinais opostos: F < 0 - força elétrica negativa significa atração entre as cargas. Figura: a Figura: b
  11. 11. Força elétrica Distância entre as cargas d Fixando-se os valores de Q1 e Q2 e variando-se a distância d, a intensidade Fe da força elétrica varia. d 2d 3d 4d 5d Fe Fe/4 Fe/9 Fe/16 Fe/25 Tabela: Variação da Fe em função da distância d das cargas.
  12. 12. Força elétrica Distância entre as cargas d Figura: Gráfico de Fe x d.
  13. 13. Força elétrica Exemplos Exemplo 01 Determine a intensidade da força de repulsão entre duas cargas elétricas iguais a 1C, situadas no vácuo e a 1m de distância. É dada a constante eletrostática: k0 = 9 · 109 · N·m2 C2 . Exemplo 02 Duas cargas elétricas puntiformes positivas e iguais a Q estão situados no vácuo a 2m de distância. Sabe-se que a força de repulsão mútua tem intensidade de 0,1 N, use k0. Calcule Q.
  14. 14. Força elétrica Exemplos Exemplo 03 A distância entre o elétron e o próton de hidrogênio é da ordem de 5, 3 · 10−11m. Dados: massa do próton: 1, 7 · 10−27kg; massa do elétron: 9, 1 · 10−31kg; carga do elétron: −1, 6 · 10−19C; carga do próton: +1, 6 · 10−19C; constante de gravitação: G=6, 67 · 10−11 · N · m2/kg2; distância entre o núcleo e o elétron: 5, 3 · 10−11m. 1 Determine a intensidade da força de atração gravitacional. 2 Determine a intensidade da força de atração eletrostática entre as partículas. 3 Compare os valores obtidos.

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