cap 1 - principios_de_eletrostatica
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ELETRICIDADE
1- ELETROSTÁTICA- CARGAS ELÉTRICAS EM REPOUSO.
2-ELETRODINÂMICA- CARGAS ELÉTRICAS EM MOVIMENTO.
3-ELETROMAGNETISMO- CARGAS ELÉTRICAS CRIAM CAMPO MAGNÉTICO
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Se o homem não tivesse descoberto como utilizar a energia elétrica, a vida seria muito diferente, principalmente nas cidades. Sem luz
elétrica, rádio, televisão nem geladeira, etc.
Para quem está acostumado com todas essas comodidades, fica até difícil imaginar como a vida seria.
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É comum associarmos a noção de eletricidade a equipamentos, a algo criado pelo homem.
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A eletricidade esta presente, por exemplo, nos intensos relâmpagos que costumam ocorrer.
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Os nossos corpos são dotados de eletricidade. O sistema nervoso, por exemplo, só funciona por
causa dos impulsos elétricos que passam de célula a célula.
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As batidas do coração também funcionam por meio de descargas elétricas.
Como se vê, a eletricidade é um fenômeno natural. O homem apenas a descobriu e desenvolveu formas de
usá-la.
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Esse fenômeno foi descoberto com o âmbar, mais ou menos há 25 séculos, pelo filósofo grego Tales, da cidade de Mileto.
Ele observou que o âmbar, depois de atritado, adquire a propriedade de atrair corpos leves.
Essa observação de Tales permaneceu isolada.
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A segunda notícia que temos de uma descoberta em Eletricidade é de 19 séculos depois. No século XVI, William Gilbert, médico da rainha Izabel da Inglaterra, descobriu que muitos outros corpos, quando atritados, adquirem a propriedade de atrair corpos leves,
isto é, se comportam como o âmbar.
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A ciência da eletricidade e do magnetismo só começou a desenvolver-se, de fato, há uns trezentos anos. Antes disso, apenas a bússola, um aparelho
magnético, teve importância na história humana.
A pesquisa cientifica da eletricidade e do magnetismo produziu a Segunda Revolução Industrial: a industria, até então tocada a carvão e vapor, passou a
funcionar com aço, eletricidade e magnetismo.
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ELETROSTÁTICAFaça a experiência:
1) Aproxime um pente, ou uma caneta-tinteiro, de corpos leves, como por exemplo pequenos pedaços de papel ou de cortiça (rolha). Verá que nada acontece. 2) Depois atrite o pente, ou a caneta, com um pedaço de pano, ou lã, ou seda, e aproxime novamente dos pedaços de papel ou de cortiça. Verá que o pente, ou a caneta, depois de atritado, atrai aqueles corpos leves. 3) Com essa observação simples concluímos que o pente ou a caneta, quando atritado, adquire uma propriedade nova, que não possui quando não é atritado.
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Para indicar que esses corpos estavam se comportando como o âmbar, Gilbert dizia que estavam eletrizados. Isso porque em grego o âmbar se
chama electron, e com a palavra eletrizado ele queria dizer "do mesmo modo que o electron".
E à causa dessa propriedade que aparece quando os corpos são atritados, à qual Gilbert não conhecia, ele chamou eletricidade. Até hoje mantemos essas expressões: chamamos corpo eletrizado àquele que está com a propriedade
de atrair outros corpos, isto é, que manifesta eletricidade.
E chamamos corpo neutro àquele que não está eletrizado.
Atualmente sabemos que duas substâncias, contanto que sejam diferentes, quando atritadas sempre se eletrizam.
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As substâncias que isolam a eletricidade no lugar em que ela aparece, são chamadas isolantes, ou dielétricos.
Os isolantes mais comuns são: vidro, louça, porcelana, borracha, ebonite, madeira seca, baquelite, algodão, seda, lã, parafina,
enxofre, resinas, água pura, ar seco, etc.. Modernamente estão tomando importância cada vez maior como isolantes certas substâncias plásticas fabricadas sinteticamente.
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Os que se comportam como os metais, isto é, que conduzem a eletricidade, são chamados condutores.
Os condutores mais comuns são: os metais, o carbono, as soluções aquosas de ácidos, bases e sais, os gases rarefeitos, os corpos dos
animais, e, em geral, todos os corpos úmidos.
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Qualquer tipo de matéria é formada por átomos. Estes são tão minúsculos que nenhum microscópio comum permite vê-los. Uma fileira de dez milhões de átomos não chega a medir um milímetro. Contudo, os átomos não são as
menores partículas da matéria: eles próprios se compõem de partículas ainda menores, chamadas partículas subatômicas.
No centro de todo átomo existe um conjunto formado por dois tipos de partículas: os prótons e os nêutrons. Esse conjunto de partículas é o núcleo do átomo. À volta deste núcleo, como se fossem satélites, giram os elétrons,
partículas em movimento permanente. As trajetórias desses elétrons se organizam em camadas sucessivas chamadas órbitas eletrônicas.
CARGA ELÉTRICA (Q)
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Os prótons do núcleo e os elétrons das órbitas se atraem entre si. A esta força de atração recíproca chamamos de força elétrica. É a força elétrica que
mantém os elétrons girando à volta dos prótons do núcleo. Sem ela, os elétrons se perderiam no espaço e os átomos não existiriam.
Os elétrons, entretanto, repelem outros elétrons e os prótons repelem outros prótons. Dizemos, por isto, que as partículas com carga igual se repelem e as
partículas com carga oposta se atraem. Convencionou-se chamar a carga dos prótons de positiva (+) e as carga dos elétrons de negativa (-).
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Normalmente, cada átomo é eletricamente neutro, em outras palavras, tem quantidades iguais de carga negativa e positiva, ou seja, há tantos
prótons em seu núcleo, quantos elétrons ao redor, no exterior.
Os prótons estão fortemente ligados ao núcleo dos átomos. Somente os elétrons podem ser transferidos de um corpo para outro 17
Podemos dizer que um corpo está eletrizado quando possui excesso ou falta de elétrons. Se há excesso de elétrons, o corpo está eletrizado negativamente;
se há falta de elétrons, o corpo está eletrizado positivamente.
A quantidade de elétrons em falta ou em excesso caracteriza a carga elétrica Q do corpo, podendo ser negativa no primeiro caso e positiva no segundo.
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Medida da carga elétrica
Q = - n.e (se houver excesso de elétrons)
Q = + n.e (se houver falta de elétrons)
e = 1,6.10 E-19 C
Q = quantidade de carga (C)n = número de cargas
e = carga elementar (C)
unidade de carga elétrica no SI é o coulomb (C)
É usual o emprego dos submúltiplos:
1 microcoulomb = 1µC = 10E-6 C
1 milecoulomb = 1mC = 10E-6 C
-3
Q = n.e19
Portadores de carga
• Os portadores de carga elétrica são: elétrons - que transportam carga negativa
• Íons - Cátions transportam cargas
positivas
Ânions cargas negativas
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PROCESSOS DE ELETRIZAÇÃO
É possível eletrizar um corpo. Para isso, é necessário fazer com que o
número de elétrons se torne diferente do número de prótons. Se o número de
elétrons for maior que o número de prótons, o corpo estará eletrizado
negativamente; se o número de elétrons for menor que o de prótons, ele estará eletrizado positivamente.
A eletrização pode ocorrer de três modos: por Atrito, por Contato ou por
Indução, outros.21
Através do atrito, podemos transferir uma grande quantidade de cargas elétricas de um objeto para outro. A ação mecânica provoca uma transferência de elétrons entre os objetos. Aquele cujos elétrons estão mais fracamente ligados ao núcleo cederá elétrons ao outro, que fica negativamente carregado.
1- Eletrização por Atrito
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Série tribo-életrica
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Vidro Mica Lã Seda Algodão Madeira Âmbar Enxofre Metais + -Séries triboelétricas
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A eletrização por contato consiste em encostar um objeto já eletrizado num outro, eletricamente neutro.
A cargas irão se redistribuir entre os dois objetos, eletrizando o corpo neutro com cargas de mesmo sinal do eletrizado
2 – Eletrização por Contato
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Eletrização por Contato
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Eletrização por Indução
Na eletrização por indução, a eletrização de um condutor neutro ocorre por simples aproximação de um corpo
eletrizado, sem que haja contato entre eles.
As cargas do objeto condutor neutro são separadas pela aproximação do corpo
eletrizado, ficando as cargas de mesmo sinal do indutor o mais distante possível
dele.27
Para manter o objeto induzido eletrizado, mesmo após o afastamento do indutor,
devemos ligar o lado mais distante à terra.
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Pêndulo eletrostático
O pêndulo eletrostático é constituído de uma esfera leve
e pequena.
Aproximando-se um corpo eletrizado da esfera neutra,
ocorrerá o fenômeno da indução eletrostática na esfera
e ela será atraída pelo corpo eletrizado.
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Por aquecimento: Certos corpos, quando aquecidos, eletrizam-se,
apresentando eletricidades de nomes contrários em
dois pontos diametralmente opostos. O fenômeno é
chamado fenômeno piroelétrico. É mais comum
em cristais, como por exemplo na turmalina.
Outros tipos de Eletrização
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Por pressão: Certos corpos, quando comprimidos, eletrizam-se, apresentando eletricidades de nomes contrários nas extremidades. O fenômeno é chamado fenômeno piezoelétrico. Também é mais comum em cristais, como por exemplo, turmalina, calcita e quartzo.
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Raio, Trovão e Relâmpago
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• O trovão é uma onda sonora provocada pelo aquecimento do canal principal durante a subida da Descarga de Retorno. Ele atinge temperaturas entre 20 e 30 mil graus Celsius em apenas 10 microssegundos (0,00001 segundos). O ar aquecido se expande e gera duas ondas: a primeira é uma violenta onda de choque supersônica, com velocidade várias vezes maior que a velocidade do som no ar e que nas proximidades do local da queda é um som inaudível para o ouvido humano; a segunda é uma onda sonora de grande intensidade a distâncias maiores. Essa constitui o trovão audível.
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• Lenda: Se não está chovendo não caem raios.• Verdade: Os raios podem chegar ao solo a até 15 km de
distância do local da chuva.• Lenda: Sapatos com sola de borracha ou os pneus do
automóvel evitam que uma pessoa seja atingida por um raio.• Verdade: Solas de borracha ou pneus não protegem contra os
raios. No entanto, a carroceria metálica do carro dá uma boa proteção a quem está em seu interior; sem tocar em partes metálicas. Mesmo que um raio atinja o carro é sempre mais seguro dentro do que fora dele.
• Lenda: As pessoas ficam carregadas de eletricidade quando são atingidas por um raio e não devem ser tocadas.
• Verdade: As vítimas de raios não "dão choque" e precisam de urgente socorro médico, especialmente reanimação cardio-respiratória.
• Lenda: Um raio nunca cai duas vezes no mesmo lugar.• Verdade: Não importa qual seja o local ele pode ser atingido
repetidas vezes, durante uma tempestade. Isto acontece até com pessoas. 36
F
PRINCÍPIO ELETROSTÁTICO
FF + +
F+ -
FF --
PRÍNCIPIO DE ATRAÇÃO E REPULSÃO
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Cargas elétricas de mesmo sinal se repelem e as de sinais
opostos se atraem
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Carga elétrica não se cria, não se perde, apenas se transfere
PRÍNCIPIO DE CONSERVAÇÃO DA CARGA ELÉTRICA
Num sistema eletricamente isolado, a soma das cargas
elétricas é constante. 39
+
ANTES DO
CONTATO
-Q1= 3QQ2= -5Q
++ --Q1
! Q2!
+Q1 Q2 = Q1! Q2
!+DEPOIS
DO CONTATO
Q1 Q2= Q1! Q2
! += 3Q+(-5Q)= 2= = -2Q
2-Q
Q1! Q2
!= -Q= 2
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Exercícios
1) Um corpo A, com carga QA = 8mC, é colocado em contato com um corpo B, inicialmente neutro. Em seguida, são afastados um do outro. Sabendo que a carga do corpo B, após o contato, é de 5mC, calcule a nova carga do corpo A.
2) Duas esferas metálicas idênticas, de cargas 4. 10-6C e 6.10-6C, foram colocadas em contato. Determine a carga de cada uma após o contato. 3) Para evitar a formação de centelhas elétricas, os caminhões transportadores de gasolina costumam andar com uma corrente metálica arrastando-se pelo chão. Explique. 4) No século VI a.C, o filósofo Tales sabia que o ambar, uma resina vegetal, adquiria a propriedade de atrair pequenos objetos, como fios de palha e penas, por exemplo, quando atritada com uma pele de animal. Qual o processo de eletrização usado por Tales?
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5) Segurando na mão uma esfera eletrizada de metal, é possível torná-la eletrizada? Por quê? Como se deve proceder para eletrizar essa esfera?
6) Que partícula é transferida de um corpo para o outro no processo de eletrização por atrito?
7) Um pedaço de borracha é atritado em uma certa região de sua superfície, adquirindo uma carga negativa naquela região. Esta carga se distribuirá na superfície de borracha? Por que?
8) O atrito dos nossos sapatos com o carpete pode eletrizar o nosso corpo?
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9) Por que, em dias úmidos, um corpo eletrizado perde sua carga com relativa rapidez?
10) O que acontece quando a mão toca no eletroscópio?