Eletrostática 1

Eletrostática

Professor Roberto Bairros dos Santos Um empreendimento Bairros Projetos Didáticos

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1 Eletrostática: ............................................................................................................. 3

1.1 Átomos, prótons e elétrons: .............................................................................. 4 1.2 Atração e Repulsão elétrica: ............................................................................. 5

2 Eletrização: ............................................................................................................... 6 2.1 Eletrização por atrito: ....................................................................................... 7 2.2 Eletrização por contato: .................................................................................... 8 2.3 Aterramento:..................................................................................................... 9 2.4 Eletrização por indução: ................................................................................. 10

3 O Eletroscópio: ....................................................................................................... 11 4 Exercícios Eletrização: ........................................................................................... 12 5 Respostas: ............................................................................................................... 16

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1 Eletrostática:

A eletrostática estuda as cargas elétricas em repouso. A eletricidade já era conhecida no ano 600Ac na Grécia, Tales de Mileto já sabia que atritando uma resina vegetal chamada de âmbar amarelo, este passava a atrair pequenas substâncias, como folhas secas. Mais tarde no século XVI foi descoberto que outros materiais também possuíam esta propriedade quando atritados.

O fenômeno foi explicado admitindo-se que o material atritado adquiria alguma coisa, à esta coisa, se deu o nome de “eletricidade”, ou melhor o material adquiria uma quantidade de eletricidade ou “carga elétrica” , o termo eletricidade vem do grego elektron, que em grego significa âmbar amarelo.

Passou-se a dizer que o corpo que possui carga elétrica estava eletrizado, quando não tinha carga elétrica o corpo estava neutro.

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1.1 Átomos, prótons e elétrons: O modelo de Rutherford é forma simples de explicar como a matéria é

constituída, este modelo é baseado no conceito de que o átomo é constituído por partículas. Hoje em dia há uma tendência a explicar-se a matéria como constituída como uma estrutura na forma de ondas. Para as aplicações elétricas mais simples a estrutura atômica serve, no entanto o modelo de Rutherford vai falhando a medida em que a aplicação da eletricidade se dá em altas freqüências.

Pelo modelo de Rutherford a matéria é constituída por átomos. Um átomo é constituído por três partículas básicas: O elétron, o próton e o neutro. O elétron e o próton possuem cargas elétricas opostas, já o neutro não possui carga elétrica alguma. Por convenção o elétron possui carga elétrica negativa e o próton carga elétrica positiva. O elétron está circulando ao redor do núcleo que é constituído pelos prótons e pelos nêutrons. Esta estrutura é semelhante a estrutura planetária, fazendo uma analogia, os planetas seriam os elétrons e o sol seria o núcleo.

Existe uma classe de materiais chamada de metais onde os elétrons

circulam de forma livre pela estrutura, saltando de núcleo em núcleo, de forma que, parece haver um enxame de elétrons livres na estrutura. Estes elétrons podem ser movimentados de forma organizada, este movimento é chamado de corrente elétrico que é o responsável pelo funcionamento do circuito eletrônico. Este tipo de material é chamado de condutor. Aqueles materiais onde os elétrons não podem ser movimentados facilmente são chamados de isolantes.

A figura 1 mostra o modelo de Rutherford.

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1.2 Atração e Repulsão elétrica: Uma dos primeiros efeitos observados com respeito à eletricidade, foi a

atração entre as partículas carregadas eletricamente. O fisco Columb estudos este efeito e chegou a conclusão de que existem dois tipos de cargas elétricas. Esta carga elétrica é chamada de negativa e positiva. O estudo também revelou que: Cargas elétricas do mesmo tipo se repelem quando colocadas próximas e cargas elétricas de tipos diferentes se atraem. Como a carga elétrica básica o elétron é uma partícula muitíssimo pequena, os corpos maiores que possuem cargas elétricas, na verdade possuem excesso ou falta de elétrons. Assim, um corpo carregado negativamente, possui mais elétrons do que prótons, e os corpos que estão carregados positivamente, na verdade possuem menos elétrons do que prótons.

A observação sobre a atração e repulsão das cargas descritas acima, também se aplica aos corpos carregados eletricamente. Este fenômeno é chamado de Lei da Atração e Repulsão elétrica.

Lei da atração e repulsão das cargas elétricas: Cargas elétricas do mesmo tipo se repelem e cargas elétricas de

tipos diferentes se atraem.

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2 Eletrização: Eletrizar um corpo consiste em fazer com que este corpo tenha mais

cargas elétricas negativas (elétrons) do que cargas positivas (prótons) ou menos cargas negativas do que cargas positivas. Para criar esta diferença de cargas em um corpo existem vários métodos, descritos a seguir, neste processo normalmente são as cargas negativas que se movem, pois os elétrons são as partículas móveis do átomo, assim dizer que um corpo apresenta carga negativa significa que este corpo possui mais elétrons do que no seu estado neutro, foram os elétrons que aumentaram não os prótons que diminuíram, quando se diz que um corpo possui carga positiva é o contrário, este corpo possui menos elétrons do que no seu estado neutro, assim foram os elétrons que diminuíram a quantidade de prótons não se altera em nenhum dos casos.

Eletrizar consiste em carregar um corpo inicialmente neutro com cargas elétricas positivas ou negativas.

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2.1 Eletrização por atrito: Na eletrização por atrito dois corpos são atritados e neste movimento um

dos corpos retira elétrons do outro de forma que um deles fica com carga positiva e o outro com carga negativa. Se um tubo de vidro for esfregado por um pedaço de flanela esta arranca os elétrons do vidro, assim o vidro fica com cargas positivas (falta de elétrons) e a flanela com cargas negativas (excesso de elétrons).

Se o estudante esfregar um pente de plástico no cabelo este ficará

eletricamente carregado, ao aproximar este pente de pequenos pedaços de papel estes se moverão atraídos pelo pente, este fenômeno conhecido desde antes de cristo, foi a primeira constatação da eletricidade e ocorre devido a característica de atração entre cargas opostas. Quando o estudante atrita o pente no cabelo este fica carregado com cargas negativas, ao aproximar de pequenos pedaços de papel que não estão eletrizados ocorre um fenômeno interessante com os átomos do papel, os elétrons são repelidos pelas cargas negativas do pente, a repulsão não tem o poder de libertar os elétrons do núcleo positivo mas sim de desvia-lo de forma a criar uma região no átomo mais positiva e outra mais negativa, o átomo fica polarizado, assim a face positiva do átomo é atraída pelas cargas negativas do pente, se a força de atração for maior do que o peso do papel (por isto tem que ser pedacinhos) este pula em direção ao pente e fica grudado neste.

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2.2 Eletrização por contato: Se um corpo eletricamente carregado entrar em contato com

outro corpo eletricamente neutro as cargas do corpo eletrizado tenderão a passar para o corpo neutro, isto só ocorrerá se as cargas puderem se movimentar através dos corpos, os corpos metálicos deixam as cargas elétricas se deslocarem facilmente pelo material, por isto são chamados de condutores elétricos, os corpos que não deixam as caras elétricas se deslocarem são chamados de isolantes elétricos. A quantidade de cargas que se deslocam é função do tamanho dos corpos de forma que no final haverá um equilíbrio entre as cargas em cada um em relação ao tamanho do corpo, assim o corpo com maior dimensão ficará com a maior quantidade de carga.

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2.3 Aterramento: Levando em conta esta consideração e sabendo que a terra é um bom

condutor de eletricidade, sempre que um corpo condutor for colocado em contato com a terra, como a terra é muito maior do que o corpo eletrizado nós podemos dizer que todas as cargas passarão para a terra, dizemos que o corpo foi descarregado para a terra, este contato pode ser feito através de um fio condutor metálico, as cargas escorregarão pelo fio até a terra. Se o corpo estiver carregado negativamente, isto é com excesso de elétrons, estes escorrerão para a terra.

Se o corpo estiver carregado com cargas positivas, isto é, falta de elétrons, os elétrons virão da terra para preencher os elétrons faltantes no corpo, este movimento pode ser considera teoricamente como sendo as cargas positivas que estão escorrendo para a terra, desde que consideremos as cargas positivas como falta de elétrons e não como prótons, que como você já sabe não se deslocam através dos átomos. Esta característica da terra é tão importante que esta ação, de conectar um corpo carregado à terra, recebe um nome especial: aterramento. A conexão à terra também tem um símbolo especial conforme o estudante pode observar no desenho, este símbolo também é usado em diagramas eletrônicos para simplificar o desenho indicando uma conexão comum a todos os pontos do circuito, assim dois componentes ligados ao símbolo de terra estão eletricamente conectados. Normalmente a ligação do terra aproveita uma parte metálica do aparelho para economizar fio, como por exemplo a lataria do carro, esta serve de condutor elétrico comum a todo o circuito, por isto um lado da bateria é ligado a lataria do carro.

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2.4 Eletrização por indução: Neste método de eletrizar um corpo requer um pouco mais de trabalho e

só funciona em corpos condutores de eletricidade, pois os elétrons (cargas negativas) deverão se deslocar no material. Este método usa a característica de atração e repulsão das cargas elétricas, e não há contato entre os corpos, como nos métodos anteriores.

Na eletrização por indução um corpo eletricamente carregado “A”, por exemplo, com cargas positivas (falta de elétrons) deve ser aproximado de um corpo neutro “B” e metálico, quando os dois corpos se aproximam as cargas positivas irão atrair os elétrons (cargas negativas) do corpo metálico neutro, que se deslocarão acumulando-se no lado mais próximo ao corpo carregado, com isto o corpo ainda continua neutro, mas com um desequilíbrio de cargas, em um dos lados teremos mais elétrons do que no outro lado, as cargas negativas ainda possuem a característica de estarem sendo atraídas pelas caras positivas, assim se agora um fio condutor for conectado ao terra, as cargas positivas, que estão sendo repelidas, escoam para o terra deixando o corpo somente com cargas negativas, se então a conexão for desfeita as cargas negativas do corpo “B” o deixaram eletricamente carregado. Observe que na verdade não são cargas positivas que escoam para a terra mas são os elétrons da terra que são atraídos para o corpo “A”.

Se o corpo “A” estivesse carregado com cargas negativas ao final do processo o corpo “B” estaria carregado com cargas positivas, neste caso ao ser aterrado os elétrons seriam puxados para a terra.

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3 O Eletroscópio: Eletroscópio é um aparelho que detecta a presença de carga elétrica. A

forma mais simples deste tipo de instrumento consiste em uma bolinha de material isolante leve, como por exemplo; isopor pendurada por um fio fino, quando um corpo eletrizado é colocado nas proximidades da bolinha, ela se desloca em direção ao corpo eletrizado, o deslocamento se deve a eletrização por indução das moléculas da bolinha de isopor..

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4 Exercícios Eletrização: 1)(F.M. ABC-SP) Passando um pente nos cabelos, verifica-se que ele pode atrair pequenos pedaços de papel. A explicação mais coerente com esse fato é que, ao passar o pente nos cabelos, ocorreu: a) Eletrização do pente e não dos cabelos, que faz cargas passarem aos pedaços de papel e atrai os mesmos. b) Aquecimento do pente por atrito, provocando o movimento do ar, por isso, o pedaço de papel sobe em direção ao pente. c) Aquecimento do pente, com conseqüente eletrização do ar próximo, que provoca o fenômeno descrito. d) Eletrização do pente, que induz cargas no papel, provocando a sua atração. e) Deseletrização do pente, que agora passa a ser atraído pelos pedaços de papel que sempre estão eletrizados. 2-(U.F Uberlândia-MG) Uma barra eletrizada negativamente é colocada próxima de um corpo metálico AB (não eletrizado). Podemos afirmar que: a) Não haverá movimento de elétrons livres no corpo AB. b) Os elétrons livres do corpo AB deslocam-se para a extremidade A. c) O sinal da carga que aparece em B é positivo. d) Ocorreu no corpo metálico a indução eletrostática. e) Após a separação das cargas, a carga total do corpo é não nula.

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3-(Fatec-SP) Se um corpo eletrizado positivamente for aproximado de um condutor neutro, sem toca-lo, podemos afirmar que o condutor neutro: a) Conserva sua carga total nula, mas é atraído pelo eletrizado. b) Eletriza-se negativamente e é atraído pelo eletrizado. b) Eletriza-se positivamente e é repelido pelo eletrizado. c) Conserva sua carga total nula e não é atraído pelo eletrizado. b) Fica com a metade da carga do condutor eletrizado. 4-(PUC-SP) Têm duas esferas metálicas iguais, A e B, sustentadas por suporte isolantes. Inicialmente a esfera B está neutra, e a esfera A eletrizada positivamente. Colocando-se as duas esferas em contato, momentaneamente, e separando-as, em seguida, observa-se que: a) A carga A passa toda para B. b) Metade da carga A passa para B. c) A esfera B adquire cargas negativas. d) A esfera A fica negativa. e) As duas feras ficam neutras.

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5-(UF-MG) Uma bolinha I carregada positivamente atrai duas outras bolinhas, II e III. As bolinhas II e III se repelem. A alternativa que melhor explica esses fatos é: a) As bolinhas II e III têm cargas negativas. b) As bolinhas II e III têm cargas positivas. c) A bolinha II tem carga negativa e a III, carga positiva. d) A bolinha II tem carga positiva e a III, carga negativa. e) A bolinha II estava neutra e a III, com carga negativa. 6-(CESEP-PE) O condutor esférico representado na figura foi carregado positivamente e, em seguida ligado à terra. Quanto ao estado elétrico final, pode-se afirmar que: a) Ele continua carregado positivamente. b) Ele descarrega-se porque há um deslocamento dos prótons para a terra. c) Ele neutraliza-se porque há um deslocamento de elétrons da terra para o condutor. d) Ele carrega-se negativamente porque há um deslocamento muito grande de elétrons da terra para o condutor. d) Nada pode-se afirmar porque ora os elétrons deslocam-se para da terra para o condutor, ora os prótons deslocam-se do condutor para a terra.

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7-(PUC-SP) Atrita-se um bastão de plástico ou de vidro com um pano de lã. Em seguida, aproxima-se o bastão (sem contato) de uma pequena esfera metálica isolada. Ocorrerá: a) Atração entre a esfera e o bastão. b) Repulsão entre a esfera e o bastão. c) Eletrização da esfera com carga positiva. d) Eletrização da esfera com carga negativa. e) Ausência de atração ou repulsão, pois a esfera permanecerá neutra. 8-(PUC-SP) Atrita-se um bastão de plástico ou de vidro com um pano de lã. Em seguida, aproxima-se o bastão (sem contato) de uma pequena esfera metálica isolada. Com o bastão ainda próximo da esfera, o operador faz um contato muito rápido da esfera com a terra. Após o contato, a esfera: a) Torna-se neutra, pelo contato com a terra. b) Fica eletrizada positivamente. c) É repelida fortemente pelo bastão. c) Adquire movimento de rotação no sentido horário. d) Fica eletrizada negativamente, admitindo ser positiva a carga no bastão. 9-(EU-LONDRINA-PR) Dizer que a carga elétrica é quantizada significa que: a) Pode ser isolada em qualquer quantidade. b) Só pode existir em múltiplos de uma quantidade mínima definida. c) Só pode ser positiva ou negativa. d) Pode ser subdividida em frações tão pequenas quanto se queira. e) Só pode ser isolada quando positiva.

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5 Respostas:

1 d 2 d 3 a 4 b 5 a 6 c 7 a 8 d 9 b