cargas eletricas - parte 1

20/1/2014

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Prof. Me. Salvador Mangini Filho

ELETROSTÁTICA ELETRODINÂMICA

Cargas ElétricasCampo Elétrico

Potencial ElétricoCapacitores Elétricos


INTRODUÇÃO – HISTÓRICA

CARGA

CONSERVAÇÃO DE CARGAS

ELETRIZAÇÃO

FORÇA

Tales de Mileto (6 A.C.) foi o primeiro a relatar que o âmbar (resina fossilizada de árvores)

ao ser atritado adquire propriedade de atrair objetos leves como a pena.

Magnetita (Fe3O4) atraiam-se ou repeliam-se, dependendo de como se orientavam, e tinham propriedade de

sempre atrair o ferro. (a bússola inventada pelos chineses – 3 A.C).

Eletricidade e Magnetismo eram conhecido como fenômenos distintos.

Tales de Mileto

Filósofo e Matemático

Grego

Prof. Salvador

Hans Oersted

Hans Oersted, em 1819, passando uma corrente elétrica por um fio metálico, percebeu que a agulha de uma bússola

próxima se orientava sempre perpendicular ao fio.

Em 1820, Ampère, demonstrou que dois fios paralelos conduzindo corrente se atraem ou se repelem, dependendo, respectivamente, de se as correntes elétricas têm o mesmo

sentido ou sentidos opostos.

Conclusão:

os fenômenos magnéticos são em geral resultante de

corrente elétricas e que ímãs apresentam correntes

circularem em seu interior.

James Maxwell

No final do século XIX já se tinha uma sistematização

dos fenômenos elétricos e magnéticos em uma ciência

unificada, o ELETROMAGNETISMO.

Nesta ciência todos os fenômenos são decorrentes de

uma única entidade, a CARGA ELÉTRICA.

Cargas em repouso interagem umas com as outras

por meio da força elétrica. Quando elas se movem

uma em relação às outras, aparecem outra forma de

interação, a força magnética. Prof. Me. Salvador Mangini Filho

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Cargas ElétricasMatéria é tudo aquilo que possui massa e ocupa espaço.

Cargas Elétricas

Analisando a água


Cargas ElétricasMolécula – é a menor parte da matéria que aindaconserva suas características.

UM ÁTOMO DE

OXIGÊNIO

E DOIS ÁTOMOS

DE HIDROGÊNIO


Cargas Elétricas ÁTOMOS - Esquema simplificado

Cargas Elétricas ESCALA DO ÁTOMOS


Cargas Elétricas O átomos é composto de:

PROTÓNS – Possuem Cargas Positivas.

ELÉTRONS – Possuem Cargas Negativas.

NEUTRONS – Não Possuem Cargas Elétricas

Massas das partículas individuais

Prótons Neûtrons Elétrons

Massa = 1.67 * 10-27 kg Massa = 1.67 * 10-27 kg Massa = 9.10 * 10-31 Kg

Carga positiva Carga neutra Carga negativa

A massa do próton é cerca de 1.836 vezes maior que a do

elétron.

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Cargas Elétricas

O átomo é NEUTRON

N PROTÓNS = N ELÉTRONS.

Átomo Ionizado

POSITIVAMENTE N PROTÓNS >N ELÉTRONS.

NEGATIVAMENTE N PROTÓNS <N ELÉTRONS.


Cargas Elétricas A carga elétrica é uma quantidade de eletricidade. É

uma grandeza física escalar. E no S.I a unidade de cargaelétrica é o Coulomb ( C ).

Denominamos carga elementar o módulo da carga de umelétron, e possui o seguinte valor:

A quantidade de carga elétrica em um corpo serásempre igual a um número inteiro de cargas elementaresnegativas ou positivas, de tal forma que:

Q = n.e ( ganho de elétrons )

Q = + n.e ( perda de elétrons )

e = 1,6 . 1019 C

Cargas Elétricas Princípio da Atração e Repulsão

• Cargas elétricas de mesmo sinal se repelem;

• Cargas elétricas de sinais opostos se atraem

Princípio da Conservação de Carga

• Num sistema eletricamente isolado, a soma

algébrica das quantidades de cargas

positivas e negativas é constante.

Cargas ElétricasPrincípio da atração e repulsão

-

p p

pe

e e

Cargas diferentes

se atraem.

Cargas iguais

se repelem.

Lei de Dufay

Cargas Elétricas

N N

ELEMENTOS

NEUTROS OU SEM

CARGA, NADA

ACONTECE

Cargas Elétricas

CARGAS IGUAIS

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Cargas Elétricas

CARGAS

DIFERENTES

Cargas Elétricas

De acordo com o experimento de eletrização realizado por Benjamim Franklin, as cargas se

transfere de um corpo para o outro, no entanto a quantidade de carga total sempre é a mesma, ou

seja, a carga total se conserva.

Próton = (+)

Elétron= ( -)

“ A soma algébrica de todasas cargas em um sistemaisolado nunca se altera.”

Princípio da Conservação de Cargas


Um átomo de níquel possui 28 prótons no núcleo e 28 elétrons na eletrosfera. Qual é a carga elétrica desse átomo?

Um átomo de níquel possui 28 prótons no núcleo e 28 elétrons na eletrosfera. Qual é a carga elétrica desse átomo?

A carga elétrica desse átomo

é igual a zero.

OBS. Para cada elétron existe um

próton neutralizando assim seu efeito.

Nesse caso, a carga total será nula.

Por um determinado processo, são retirados 2 elétrons de um átomo de ferro e transferidos para um átomo de cloro. Qual é a denominação

dada a esses átomos?

Por um determinado processo, são retirados 2 elétrons de um átomo de ferro e transferidos para um átomo de cloro. Qual é a denominação

dada a esses átomos?

O átomo de ferro que perde elétrons

recebe a denominação de cátion e o átomo

de cloro que recebe os elétrons recebe a

denominação de ânion.

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Um corpo eletricamente neutro recebe, por um determinado processo, a quantidade de 5.108

elétrons. Calcule a quantidade de carga elétrica adquirida por esse corpo, sabendo que a carga

elétrica elementar vale e = 1,6.10 –19 C.

Um corpo eletricamente neutro recebe, por um determinado processo, a quantidade de 5.108

elétrons. Calcule a quantidade de carga elétrica adquirida por esse corpo, sabendo que a carga

elétrica elementar vale e = 1,6.10 –19 C.

|Q| = n · e = 5.10 8 · 1,6 · 10–19

|Q| = 8 · 10–11 C

Como o corpo recebeu elétrons, então, a carga

elétrica adquirida é negativa.

Q = –8 · 10–11 C

A eletrização de um corpo inicialmente neutro pode ocorrer de três maneiras:

- Atrito

- Contato

- Indução

Cargas Elétricas

Na eletrização por atrito, os

dois corpos adquirem a mesma

quantidade de cargas, porém de

sinais contrários.

Atrito


AtritoExemplo: Durante uma tempestade, a

movimentação das gotículas

de água vão atritando as

nuvens, formando duas

seções: uma com cargas

elétricas positivas e outra

com cargas elétricas

negativas.

AtritoSérie Triboelétrica

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Os condutores adquirem cargas de

mesmo sinal.

Se os condutores tiverem mesma forma

e mesmas dimensões, a carga final será

igual para os dois e dada pela média

aritmética das cargas iniciais.

Contato Contato

Duas esferas idênticas e carregadas com 1.6. cargas elétricas QA = 4 μC e QB = –6 μC, são colocadas em

contato e depois separadas. Após esses contatos, determine a carga elétrica adquirida por cada uma das

esferas.

Duas esferas idênticas e carregadas com cargas elétricas QA = 4 μC e QB = –6 μC, são colocadas em contato e depois separadas. Após esses contatos, determine a carga elétrica adquirida por cada uma das esferas.

Σ Q antes = Σ Q após

QA + QB = q + q

4 + (–6) = 2 q

–2 = 2 q ⇒ q = –1 μC

QA = QB = –1 μC

A eletrização de um condutor neutro pode ocorrer por simples aproximação de um outro corpo eletrizado, sem que

haja o contato entre eles.

No processo da indução eletrostática, o corpo induzido

será eletrizado sempre com cargas de sinais contrários ao

das cargas do indutor.

Indução


Condutores elétricos

Meios materiais nos quais as cargaselétricas movimentam-se com facilidade.

Isolantes elétricos ou dielétricos

Meios materiais nos quais as cargaselétricas não têm facilidade demovimentação.

Condutores e isolantes

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Condutores e isolantesO que determina se um material será bom ou mau condutor

térmico são as ligações em sua estrutura atômica ou

molecular. Assim, os metais são excelentes condutores de

calor devido ao fato de possuírem os elétrons mais externos

"fracamente" ligados, tornando-se livres para transportar

energia por meio de colisões através do metal.

Condutores e isolantesPor outro lado temos que materiais como lã, madeira, vidro,

papel e isopor são maus condutores de calor (isolantes

térmicos), pois, os elétrons mais externos de seus átomos

estão firmemente ligados


CondutoresÁtomos com

: Poucos elétrons na última camada.

Têm facilidade de perder

elétrons.

No átomo de um material

(considerado condutor), os elétrons

da última camada (elétrons livres),

ficam trocando constantemente de

átomo.

Isolantes

Muitos elétrons na última camada são isolantes.

Tem facilidade de receber elétrons.

Átomos com :

Além ...Semicondutores

Condutividade elétrica é intermediáriaentre os condutores e isolantes. Podemoscontrolar uma corrente elétrica.

Supercondutores

Materias que apresentam resistência nula(ou condutividade infinita) ao fluxo de carga.


Condutores EsféricosTeoremas para cascas esféricas: Uma casca esférica uniformementecarregada atrai ou repele uma partículacarregada exterior à casca como se todaa carga da casca estivesse concentradaem seu centro.

Uma casca esférica uniformementecarregada não exerce nenhuma forçaeletrostática sobre uma partículacarregada que esteja localizada em seuinterior.


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Lei de Coulomb Experimento da balança de Torção

Charles Coulomb

Lei de CoulombCoulomb chegou às seguintes conclusões:

A força elétrica é diretamente proporcionala cada uma das duas cargas.

A força elétrica é inversamenteproporcional ao quadrado da distância entre ascargas.


Lei de CoulombUnidades:


Lei de CoulombMantendo-se a distância

entre as cargas e

dobrando a quantidade de

carga, a força elétrica

será multiplicada por 4.

Mantendo-se as cargas

elétricas e dobrando-se a

distância a força elétrica

será dividida por 4.

Gráfico F x d

1

2

3

4

1

4

1

9

1

16

1

F d

F(N)

d(m)

F a1

d2

Natureza vetorial da Força Eletrostática

+ +

d

q1 q2

+

q3

2d

FF

4

FR

Módulo da resultante:

FR = F -F

4FR =

3F

4

1) F

F

4

+FR = F12 F2

2 + 2F1 .F2.cos a

FR = F1 F2+Vetorialmente: a = 180o

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9


+ +

d

q1 q2

-

q3

2d

F

Módulo da resultante:

FR = F+F

4 FR =5F

4

2)FR

F

4F

F

4

Vetorialmente: FR = F1 F2+

+FR = F12 F2

2 + 2F1 .F2.cos a

a = 0o

+

q2

q1

-

+

q3

d

2d

F1

F1

F2 F2

FR


3)

a

a = 90o FR = F1 F2+

+FR = F12 F2

2 + 2F1 .F2.cos a

+FR = F12 F2

2



4)

+

q1

q2

-

+

q3

F1

F2

FR

FR = F1 F2+

+FR = F12 F2

2 + 2F1 .F2.cos a

a

a = 120o



5)

+

q1

q2

-

+

-2q3

F1

F2

FR

FR = F1 F2+

+FR = F12 F2

2 + 2F1 .F2.cos a

a

a = 120o


A distância entre duas cargas elétricas puntiformes Q e q é d. Essas cargas se interagem com uma força elétrica de módulo F. Calcule o módulo da força de interação elétrica, em função de F, entre as cargas 2Q, 4q,

separadas pela distância 2d

A distância entre duas cargas elétricas puntiformes Q e q é d. Essas cargas se interagem com uma força elétrica de módulo F. Calcule o módulo da força de interação elétrica, em função de F, entre as cargas 2Q, 4q,

separadas pela distância 2d

F = K 2Q . 4q = 8 K Q q

(2d)2 4 d2

F’ = 2 · F

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Lei de CoulombSuperposição das Forças:

cargas eletricas - parte 1

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