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FÍSICA

Professor: Alexandre Vicentini

Universidade Estadual do Centro-Oeste (Unicentro)

Curso Pré-Vestibular

21o Dia

(26/08/2019)

Universidade Estadual do Centro-Oeste (Unicentro)

Curso Pré-Vestibular

Eletrostática

Eletrostática

A palavra, em grego, usada para designar o âmbar é élektron, dela

vieram as palavras elétron e eletricidade.

Figura 1

Corpo Neutro e Corpo

Eletrizado

Corpo Neutro e Corpo Eletrizado

Eletrizar um corpo significa

tornar diferentes suas

quantidades de prótons e

elétrons.

No cotidiano, isso é feito por

fornecimento ou extração de

elétrons,

Figura 2

Condutores e isolantes

elétricos

Condutores e isolantes elétricos

Materiais que são bons condutores de corrente elétrica também são

bons condutores de calor e são chamados de condutores elétricos.

Ex.: metais, soluções salinas, gases ionizados, etc.

Materiais que são maus condutores de corrente elétrica também são

maus condutores de calor e são chamados de isolantes elétricos.

Ex.: madeira, plástico, borracha, ar, vidro, etc.

Os Semicondutores

Materiais que podem se comportar algumas vezes como isolantes e

algumas vezes como condutores são chamados de semicondutores.

Ex.: germânio (Ge) e o silício (Si).

A Carga Elementar

A Carga Elementar

O valor da carga elementar e, determinado experimentalmente pela

primeira vez pelo físico norte-americano Robert Andrews Millikan(1868-

1953), é:

𝟏𝐦𝐂 = 𝟏𝟎―𝟑𝐂

𝟏 µ𝐂 = 𝟏𝟎―𝟔𝐂

𝟏 𝐧𝐂 = 𝟏𝟎―𝟗𝐂

Processos de Eletrização

Processos de Eletrização

Denomina-se eletrização o fenômeno pelo qual um corpo neutro passa

a eletrizado devido à alteração no número de seus elétrons.

São três os processos de eletrização:

eletrização por atrito;

eletrização por contato;

eletrização por indução.

Eletrização por Atrito

Eletrização por Atrito

Os corpos atritados adquirem cargas de mesmo módulo e sinais opostos.

Figura 3

Série Triboelétrica

Série Triboelétrica

Um elemento da relação, ao

ser atritado com outro que o

segue, fica eletrizado com

carga elétrica positiva e, ao ser

atritado com o que o precede,

fica eletrizado com carga

elétrica negativa.

Figura 4

Eletrização por Contato

Eletrização por contato

Pode ocorrer entre dois condutores (cargas elétricas se distribuem em suas

superfície externas) ou entre um condutor e um isolante (no isolante as

cargas elétricas ficam somente no local do contato).

O corpo neutro adquire carga de mesmo sinal da carga do corpo

inicialmente eletrizado.

A soma algébrica das cargas elétricas deve ser a mesma antes, durante e

depois do contato.

Figura 5

Atenção!!

Figura 6

Eletrização por Indução

Eletrização por Indução

O induzido fica com sinal contrário ao da carga do indutor.

Figura 7

Princípios Fundamentais da

Eletrostática

Princípios Fundamentais da Eletrostática

A Eletrostática baseia-se em dois princípios fundamentais:

princípio da atração e da repulsão (Lei de Dufay);

princípio da conservação das cargas elétricas.

vc mora em que bairro?

Lei de Dufay ou Princípio da

atração e da repulsão

Lei de Dufay ou Princípio da atração e da

repulsão

Partículas eletrizadas com cargas de sinais iguais se repelem, enquanto

as eletrizadas com cargas de sinais opostos se atraem.

Figura 8

Princípio da conservação

das cargas elétricas

Princípio da conservação das cargas elétricas

A soma algébrica das cargas elétricas existentes em um sistema

eletricamente isolado é constante.

𝑺𝒊𝒔𝒕𝒆𝒎𝒂 𝒆𝒍𝒆𝒕𝒓𝒊𝒄𝒂𝒎𝒆𝒏𝒕𝒆 𝒊𝒔𝒐𝒍𝒂𝒅𝒐 é 𝒂𝒒𝒖𝒆𝒍𝒆 𝒒𝒖𝒆𝒏ã𝒐 𝒕𝒓𝒐𝒄𝒂 𝒄𝒂𝒓𝒈𝒂𝒔 𝒆𝒍é𝒕𝒓𝒊𝒄𝒂𝒔 𝒄𝒐𝒎 𝒐𝒎𝒆𝒊𝒐 𝒆𝒙𝒕𝒆𝒓𝒊𝒐𝒓.

σQinicial = σQfinal

Lei de Coulomb

Lei de Coulomb

A intensidade da força de interação elétrica entre duas cargas

puntiformes é diretamente proporcional ao produto dos módulos das

cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre

elas.

Figura 9

F = k q1 q2

d2

k = constante eletrostática do meio [N.m2/C2]

q1 = carga 1 [C] q2 = carga 2 [C]

d = distância [m]

ε = permissividade elétrica [C2/N.m2]

𝛆 = 𝛆𝟎 = 𝟖, 𝟖𝟓 𝐱 𝟏𝟎𝟗C2/N.m2 ( vácuo)

k = 1

4πε

𝐤𝟎 = 𝟗, 𝟎 𝐱 𝟏𝟎𝟗N.m2/C2 ( vácuo)

Principio da Superposição

Se uma carga está em presença de outras cargas elétricas, a força

resultante sobre ela é a soma vetorial das forças exercidas por cada

uma das cargas em separado.

Figura 10

Gráfico F x d

Figura 11

Campo Elétrico

Campo Elétrico

Uma partícula eletrizada gera campo elétrico na região do espaço que

a circunda.

Figura 12 Figura 13

E = k Q

d2

E = Campo elétrico [N/C]

Campo Elétrico

Para duas partículas eletrizadas e próximas.

Figura 14Figura 15

Campo elétrico devido a duas ou

mais partículas eletrizadasO vetor campo elétrico resultante no ponto P é dado pela soma dos

vetores dos campos elétricos individuais.

Figura 16

Densidade de linhas de força

A intensidade do campo elétrico é maior na região de maior densidade

de linhas de força e menor na região de menor densidade de linhas de

força

Figura 17

Densidade superficial de

cargas

Densidade superficial de cargas

Equilíbrio eletrostático é a situação em que todos os portadores

responsáveis pela eletrização acomodam-se na superfície externa do

condutor.

A densidade superficial média de cargas (σm) desse condutor é dada

por

Figura 18

σm = Q

A

σm= Campo elétrico [C/m2]

Q = carta total em excesso [C]

A = área [m2]

Campo elétrico criado por

um

condutor esférico eletrizado

Campo elétrico criado por um

condutor esférico eletrizado (maciço ou oco)

O campo elétrico ser nulo nos pontos internos:

Em um ponto muito próximo da superfície da esfera:

Figura 19

Campo elétrico criado por um

condutor esférico eletrizado

Figura 20

Campo elétrico uniforme

Campo elétrico uniforme

Campo elétrico uniforme é uma região do espaço onde o vetor

representativo do campo (E) tem, em todos os pontos, a mesma

intensidade, a mesma direção e o mesmo sentido.

Figura 21

Fluxo do vetor campo

elétrico

Fluxo do vetor campo elétrico

Figura 22

Φ = E A cos θΦ= fluxo elétrico [Nm2/C]

A = área [m2]

θ = ângulo entre a normal e o campo elétrico [graus]

Potencial Elétrico

Potencial Elétrico e Energia Potencial Elétrica

O potencial elétrico U no ponto P independe da carga de prova q.

carga positiva (Q > 0) gera potencial elétrico positivo (U > 0);

carga negativa (Q < 0) gera potencial elétrico negativo (U < 0).

Para pontos infinitamente distantes de Q, o potencial elétrico tende a

zero ( U∞= 0). Nível zero.

Figura 23

U = kQ

d

U = potencial elétrico [V]

𝐕𝐨𝐥𝐭 = 𝐕 =𝐉

𝐂

Gráfico U x d

Figura 24 Figura 25

Gráfico U x d para uma esfera eletrizada

Figura 26 Figura 27

Potencial Elétrico Devido a Várias Cargas

Figura 28

Ures= U1 + U2 + U3

Equipotenciais

Equipotenciais são linhas (no plano) ou superfícies (no espaço) onde o

potencial, em todos os pontos, assume o mesmo valor algébrico.

Figura 29 Figura 30

Equipotenciais

Percorrendo-se uma linha de força no seu sentido, encontramos

potenciais elétricos cada vez menores.

Figura 30 Figura 31

Trabalho da força elétrica

Trabalho da força elétrica

O campo elétrico é um

campo de forças

conservativas, esse trabalho só

dependendo das posições

inicial e final da carga.

A força eletrostática é

conservativa.

Figura 32

𝜏 = EPA − EPA

𝜏 = q. U

𝜏 = q(UA − UB)

𝜏 = trabalho [J]

EP= energia potencial elétrica [J]

EP= kQq

d

Atenção!!

Quando abandonadas sob ação exclusiva de um campo elétrico, as

cargas positivas dirigem-se para potenciais menores, enquanto as

negativas dirigem-se para potenciais maiores.

Quando partículas eletrizadas são abandonadas sob a ação exclusiva

de um campo elétrico, o trabalho realizado pela força elétrica é sempre

positivo.

O trabalho da força elétrica de um ponto a outro da mesma

equipotencial é nulo.

Diferença de potencial entre

dois

pontos de um campo elétrico

uniforme

Diferença de potencial entre dois

pontos de um campo elétrico uniformeCampo elétrico uniforme é uma região do espaço onde o vetor

representativo do campo (E) tem, em todos os pontos, a mesma

intensidade, a mesma direção e o mesmo sentido.

Figura 33

FE= q. E UAB = E.d

FE = força elétrica [N]

A blindagem eletrostática e

a gaiola de Faraday

A blindagem eletrostática e a gaiola de

Faraday No interior do condutor em equilíbrio eletrostático, onde não existem

cargas em excesso, o campo elétrico deve ser nulo e o potencial

elétrico constante,

Figura 34

Obrigado

Referências

Referências

Figura 1: BISCUOLA, G. J; DOCA, R. H.; VILLAS BÔAS, N. Tópicos de Física. 21 ed. v. 1. São

Paulo: Saraiva, 2012.

Figura 2: BISCUOLA, G. J; DOCA, R. H.; VILLAS BÔAS, N. Tópicos de Física. 21 ed. v. 1. São Paulo: Saraiva, 2012.





Figura 5: https://www.realizeeducacao.com.br/wiki/cargas-eletricas-e-lei-de-coulomb/

Figura 6: http://fisicaevestibular.com.br/novo/

Figura 7: https://slideplayer.com.br/slide/3171618/


Referências

Figura 9: http://www.geocities.ws/saladefisica8/eletrostatica/coulomb.html

Figura 10: http://educacao.globo.com/fisica/assunto/eletromagnetismo/forca-eletrica-e-campo-eletrico.html









Referências








Figura 20: http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnicaAula.html?aula=28307


Paulo: Saraiva, 2012



Referências



Figura 24: BISCUOLA, G. J; DOCA, R. H.; VILLAS BÔAS, N. Tópicos de Física. 21 ed. v. 1. São Paulo: Saraiva, 2012





Figura 27: BISCUOLA, G. J; DOCA, R. H.; VILLAS BÔAS, N. Tópicos de Física. 21 ed. v. 1. São Paulo: Saraiva, 2012

Figura 28: https://interna.coceducacao.com.br/ebook



Referências








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