CARGAS ELTRICAS EM REPOUSO FISICA ( 3 ANO) PROFESSOR: EDUARDO NUNES Toda a matria que conhecemos formada por molculas. Esta, por sua vez, formada de tomos, que so compostos por trs tipos de partculas elementares: prtons, nutrons e eltrons. Os tomos so formados por um ncleo, onde ficam os prtons e nutrons e uma eletrosfera, onde os eltrons permanecem, em rbita. Os prtons e nutrons tm massa praticamente igual, mas os eltrons tm massa milhares de vezes menor. Sendo m a massa dos prtons, podemos representar a massa dos eltrons como:

Um corpo eletrizado positivamente tem maior nmero de prtons do que de eltrons, fazendo com que a carga eltrica sobre o corpo seja positiva. Fique atento: comum haver confuso sobre corpos positivamente carregados, principalmente, j que plausvel de se pensar que para que o corpo tenha carga eltrica positiva ele deva receber carga eltrica positiva, ou seja, ganhar prtons. Quando na verdade um corpo est positivamente carregado se ele perder eltrons, ficando com menos carga eltrica negativa. Para que durante os clculos voc no se confunda, lembre que a fsica vista a nvel de ensino mdio estuda apenas reaes elementares e cotidianas, como o movimento de eltrons. As reaes onde as partculas intranucleares (nutrons e prtons) podem ser modificadas so estudadas na parte da cincia conhecida como Fsica Nuclear. Eletrizar um corpo significa basicamente tornar diferente o nmero de prtons e de eltrons (adicionando ou reduzindo o nmero de eltrons). Podemos definir a carga eltrica de um corpo (Q) pela relao: Onde: Q= Carga eltrica, medida em coulomb no SI n= quantidade de cargas elementares, que uma grandeza adimensional e tm sempre valor inteiro (n=1, 2, 3, 4 ...) e= carga eltrica elementar ( ) A eletrosttica basicamente descrita por dois princpios, o da atrao e repulso de cargas conforme seu sinal (sinais iguais se repelem e sinais contrrios se atraem) e a conservao de cargas eltricas, a qual assegura que em um sistema isolado, a soma de todas as cargas existentes ser sempre constante, ou seja, no h perdas. Processos de eletrizao Considera-se um corpo eletrizado quando este tiver nmero diferente de prtons e eltrons, ou seja, quando no estiver neutro. O processo de retirar ou acrescentar eltrons a um corpo neutro para que este passe a estar eletrizado denomina-se eletrizao. Alguns dos processos de eletrizao mais comuns so: Eletrizao por Atrito: Este processo foi o primeiro de que se tem conhecimento. Foi descoberto por volta do sculo VI a.C. pelo matemtico grego Tales de Mileto, que concluiu que o atrito entre certos materiais era capaz de atrair pequenos pedaos de palha e penas. Posteriormente o estudo de Tales foi expandido, sendo possvel comprovar que dois corpos neutros feitos de materiais distintos, quando so atritados entre si, um deles fica eletrizado negativamente (ganha eltrons) e outro positivamente (perde eltrons). Quando h eletrizao por atrito, os dois corpos ficam com cargas de mdulo igual, porm com sinais opostos. Esta eletrizao depende tambm da natureza do material, por exemplo, atritar um material pode deixar carregado com uma material negativamente e e

Ou seja, a massa dos eltrons aproximadamente 2 mil vezes menor que a massa dos prtons. Podemos representar um tomo, embora fora de escala, por:

Se pudssemos separar os prtons, nutrons e eltrons de um tomo, e lan-los em direo um im, os prtons seriam desviados para uma direo, os eltrons a uma direo oposta a do desvio dos prtons e os nutrons no seriam afetados. Esta propriedade de cada uma das partculas chamada carga eltrica. Os prtons so partculas com cargas positivas, os eltrons tem carga negativa e os nutrons tem carga neutra. Um prtons e um eltrons tm valores absolutos iguais embora tenham sinais opostos. O valor da carga de um prton ou um eltrons chamado carga eltrica elementar e simbolizado por e. A unidade de medida adotada internacionalmente para a medida de cargas eltricas o coulomb (C). A carga eltrica elementar a menor quantidade de carga encontrada na natureza, comparando-se este valor com coulomb, tm-se a relao: A unidade coulomb definida partindo-se do conhecimento de densidades de corrente eltrica, medida em ampre (A), j que suas unidades so interdependentes. Um coulomb definido como a quantidade de carga eltrica que atravessa em um segundo, a seco transversal de um condutor percorrido por uma corrente igual a 1 ampre. Eletrizao de Corpos A nica modificao que um tomo pode sofrer sem que haja reaes de alta liberao e/ou absoro de energia a perda ou ganho de eltrons. Por isso, um corpo chamado neutro se ele tiver nmero igual de prtons e de eltrons, fazendo com que a carga eltrica sobre o corpo seja nula. Pela mesma analogia podemos definir corpos eletrizados positivamente e negativamente. Um corpo eletrizado negativamente tem maior nmero de eltrons do que de prtons, fazendo com que a carga eltrica sobre o corpo seja negativa.

positivamente, enquanto o atrito entre o material outro material capaz de deixar

carregado

negativamente e positivamente. Convenientemente foi elaborada uma lista em dada ordem que um elemento ao ser atritado com o sucessor da lista fica eletrizado positivamente. Esta lista chamada srie triboeltrica:

Um corpo eletrizado em contato com a terra ser neutralizado, pois se ele tiver falta de eltrons, estes sero doados pela terra e se tiver excesso de eltrons, estes sero descarregados na terra. Lei de Coulomb Esta lei, formulada por Charles Augustin Coulomb, refere-se s foras de interao (atrao e repulso) entre duas cargas eltricas puntiformes, ou seja, com dimenso e massa desprezvel. Lembrando que, pelo princpio de atrao e repulso, cargas com sinais opostos so atradas e com sinais iguais so repelidas, mas estas foras de interao tm intensidade igual, independente do sentido para onde o vetor que as descreve aponta. O que a Lei de Coulomb enuncia que a intensidade da fora eltrica de interao entre cargas puntiformes diretamente proporcional ao produto dos mdulos de cada carga e inversamente proporcional ao quadrado da distncia que as separa. Ou seja:

Eletrizao por contato: Outro processo capaz de eletrizar um corpo feito por contato entre eles. Se dois corpos condutores, sendo pelo menos um deles eletrizado, so postos em contato, a carga eltrica tende a se estabilizar, sendo redistribuda entre os dois, fazendo com que ambos tenham a mesma carga, inclusive com mesmo sinal. O clculo da carga resultante dado pela mdia aritmtica entre a carga dos condutores em contato. Por exemplo: Um corpo condutor A com carga posto em contato com outro corpo

Onde a equao pode ser expressa por uma igualdade se considerarmos uma constante k, que depende do meio onde as cargas so encontradas. O valor mais usual de k considerado quando esta interao acontece no vcuo, e seu valor igual a:

Ento podemos escrever a equao da lei de Coulomb como:

Para se determinar se estas foras so de atrao ou de repulso utiliza-se o produto de suas cargas, ou seja:

neutro . Qual a carga em cada um deles aps serem separados.

Campo Eltrico Assim como a Terra tem um campo gravitacional, uma carga Q tambm tem um campo que pode influenciar as cargas de prova q nele colocadas. E usando esta analogia, podemos encontrar:

Um corpo condutor A com carga posto em contato com outro corpo condutor B com carga , aps serem separados os dois o corpo A posto em contato com um terceiro corpo condutor C de carga qual a carga em cada um aps serem separados?

Desta forma, assim como para a intensidade do campo gravitacional, a intensidade do campo eltrico (E) definido como o quociente entre as foras de interao das cargas geradora do campo (Q) e de prova(q) e a prpria carga de prova (q), ou seja:

Ou seja, neste momento: Aps o segundo contato, tem-se:

E neste momento: Ou seja, a carga aps os contados no corpo A ser +1C, no corpo B ser -2C e no corpo C ser +1C.

Chama-se Campo Eltrico o campo estabelecido em todos os pontos do espao sob a influncia de uma carga geradora de intensidade Q, de forma que qualquer carga de prova de intensidade q fica sujeita a uma fora de interao (atrao ou repulso) exercida por Q.

J uma carga de prova, para os fins que nos interessam, definida como um corpo puntual de carga eltrica conhecida, utilizado para detectar a existncia de um campo eltrico, tambm possibilitando o clculo de sua intensidade. Vetor Campo Eltrico Voltando analogia com o campo gravitacional da Terra, o campo eltrico definido como um vetor com mesma direo do vetor da fora de interao entre a carga geradora Q e a carga de prova q e com mesmo sentido se q>0 e sentido oposto se q