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ELETROMAGNETISMO

As leis da electricidade e do magnetismo desempenham um papel central na operação de aparelhos rádios, televisões, motores eléctricos, computadores, aceleradores de partículas de alta energia e em uma série de dispositivos electrónicos usados na medicina.

ELETRICIDADE E MAGNETISMO

Descobriram que o âmbar, quando friccionado, atraía pedaços de palha ou penas.

Documentos chineses sugerem que o magnetismo já era conhecido por volta de 2000 a.C. Os gregos antigos observaram fenómenos eléctricos e magnéticos possivelmente por volta de 700 a.c.

Observaram que uma pedra natural chamada magnetita ( ) atraía pedaços de ferro 43OFe

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Apenas na primeira parte do século XIX os cientistas estabeleceram que a electricidade e o magnetismo estão relacionados:

• Em 1820, Hans Oersted descobriu que uma agulha de bússola, que é magnética, é desviada quando colocada perto de uma corrente eléctrica:

ELETROMAGNETISMO

Por volta de 1888), Heinrich Hertz verificou as previsões de Maxwell produzindo ondas electromagnéticas no laboratório a descoberta do rádio e da televisão.As contribuições de Maxwell para a ciência electromagnético foram especialmente significativas porque as leis formuladas são básicas para todas as formas de fenómenos electromagnéticos.

James Clerk Maxwell

Em 1873, James Clerk Maxwell baseou-se nessas observações e em outros fatos experimentais para formular as leis do electromagnetismo como as conhecemos hoje.

• Em 1831, Michael Faraday na Inglaterra e, quase simultaneamente, Joseph Henry nos Estados Unidos, mostraram que, quando se move um fio condutor perto de um ímã (ou, de maneira equivalente, quando um ímã é movido perto de um fio condutor), uma corrente eléctrica é observada no fio.

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A NATUREZA DA ELETRICIDADE

Modelo de Bohr para o átomo

No núcleo estão os protões e os neutrões

Os electrões são carregados negativamente e situam-se em diferentes camadas

Os protões são carregados positivamente

No seu estado natural, um átomo de qualquer elemento contém um número igual de electrões e de protões.

Como a carga negativa (-) de cada electrão tem o mesmo valor absoluto que a carga positiva (+) de cada protão, as duas cargas opostas se cancelam. Um átomo nestas condições é electricamente neutro, ou está em equilíbrio.

(C) Coulomb106.1 19qValor absoluto da carga elementar:

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No actual modelo atómico, as órbitas bem definidas dos electrões foram substituídas por zonas de probabilidade electrónica

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Os corpos são formados por muitos átomos e em geral contém quantidades iguais de cargas positivas e negativas ( ) são electricamente neutros

PROPRIEDADES DAS CARGAS ELÉCTRICAS

Contudo, por exemplo, friccionando o PVC na lã, haverá transferência de carga de um material para o outro e o PVC fica carregado negativamente, e passa a atrair pequenos objectos.

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Cada electrão transferido adiciona uma carga negativa ao PVC uma carga positiva equivalente é deixada na lã.

PORQUE NUM SISTEMA ISOLADO AS CARGAS ELÉCTRICAS SEMPRE SE CONSERVAM 5

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Temos um efeito diferente se friccionarmos a lã no nylon o nylon fica carregado positivamente.

Aproximando o PVC do nylon eles se atraem

Foi Benjamin Franklin (1706-1790) que denominou de carga positiva e carga negativa.

Aproximando o PVC do PVC eles se repelem

Aproximando o nylon do nylon eles se repelem

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AS CARGAS SÃO TRANSFERIDAS EM QUANTIDADES DISCRETAS

nqQ n o número de protões ou electrões(C) Coulomb106.1 19q

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CARGAS DO MESMO SINAL REPELEM-SE

CARGAS DE SINAL OPOSTO ATRAEM-SE

Concluímos que

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Assim temos as seguintes possibilidades

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CONDUTORES E ISOLADORES

CONDUTORES ELÉCTRICOS são materiais nos quais alguns electrões se deslocam de maneira relativamente livre

ISOLADORES ELÉCTRICOS são materiais nos quais as cargas eléctricas não se deslocam livremente

Exemplos: vidro, borracha e madeira

Exemplos: cobre, alumínio e prata

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Exemplos:

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Isoladores

Esfera condutora Condutores

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Exemplos:

• Os neurónios recebem continuamente impulsos que geram uma corrente eléctrica cargas eléctricas em movimento

• Um raio é uma descarga eléctrica que ocorre entre uma nuvem e a terra.

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LEI DE COULOMB

Charles Coulomb inventou uma balança de torção e através dela descobriu que a força eléctrica entre duas pequenas esferas carregadas é proporcional ao inverso do quadrado da distância r de separação entre elas:

2/1 rF

2

21

rqq

kF ee

A força eléctrica entre duas partículas carregadas com cargas ql e q2 e separadas por uma distância r é

12221

12 rrqq

kF e

é a constante de Coulomb e a força é medida em newtons se as cargas estão em coulombs e a distância de separação está em metros

C/m N 1099.84

1 onde 229

0

ek

vácuodo adepermitivid a é m N/C 108542.8 e 2220

A força eléctrica expressa na forma vectorial é

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Exemplo 1

a) Calcule a força de atracão entre o electrão e o protão no átomo de hidrogénio.Dados:massa do protão = 1.7 10-27 kgmassa do electrão = 9.1 10-31 kgcarga do electrão = carga do protão = 1.6 10-19 Cdistância entre o electrão e o protão = 5.3 10-11 m

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b) Calcule a relação entre a força eléctrica e a força gravitacional entre protão e electrão no caso anterior

Podemos desprezar a força gravitacional em relação a força eléctrica

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Para um sistema de n cargas podemos determinar a força resultante que actua sobre uma das cargas

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ei rrqqkF 12

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onde a força entre cada par de cargas é dada por

A C

B

q1 q3

q2

F13

F23

FR

n

iijnR FFFFF

132313 .....

As forças eléctricas obedecem ao princípio da sobreposição: