Ciências da Natureza – Física Prof.: Luiz Felipe

Eletrização

O átomo é formado por partículas chamadas prótons, elétrons e nêutrons. A massado próton e do nêutron é praticamente igual mas cerca de 2000 vezes maior que a do elétron.Prótons e elétrons possuem uma propriedade que os nêutrons não possuem: a chamada cargaelétrica.

Em módulo, essa grandeza tem o mesmo valor para todas essas partículas. É achamada carga elétrica elementar (e) e vale:

191,6.10e C−=

Independente se o corpo é condutor ou isolante, normalmente o número de prótonsé igual ao de elétrons. Sendo assim dizemos que o corpo está eletricamente neutro. Casocontrário, quando o número de prótons for diferente do número de elétrons, diremos que ocorpo está eletrizado.

Sua carga elétrica será dada por:

.Q n e=

número de elétrons em falta ou excesso

unidade de carga é o coulomb

➢ Obs.: a carga de qualquer corpo eletrizado é quantizada

Ciências da Natureza – Física Prof.: Luiz Felipe

✓ Um breve histórico da EletricidadeA história da Eletricidade iniciou-se com Tales de Mileto. Ele observou que o atrito

entre uma resina fóssil (âmbar, que em grego é chamado de eléktron) e um tecido ou peleanimal produziria na resina a propriedade de atrair pequenos pedaços de palha.

o médico da rainha Elizabeth I, William Gilbert, descobriu que oexperimento poderia ser realizado com outros materiais

Em 1729, Stephen Gray descobriu que a propriedade de atrair ou repelir outros corpos poderiaser transferida de um corpo para outro não apenas por atrito, mas também por contato.

Ciências da Natureza – Física Prof.: Luiz Felipe

Nesse período, Charles François Du Fay realizou um experimento em que atraía uma finafolha de ouro com um bastão de vidro atritado. Porém, ao encostar o bastão na folha, esta erarepelida. Teríamos, então, 2 tipos de eletricidade: a vítrea e a resinosa.

Em 1747, o norte-americano Benjamin Franklin propôs uma teoria em queconsiderava a carga elétrica um fluido que podia ser transferido de um corpo para outro: ocorpo que perdia esse fluido ficava com falta (negativo); e o que recebia, com excesso(positivo).

Robert Millikan foi quem determinou o valor da carga elétrica elementar e

Ciências da Natureza – Física Prof.: Luiz Felipe

✓ Física de partículasO modelo atômico de Rutherford-Bohr considera que o átomo é formado por

prótons, nêutrons e elétrons. Essas três partículas foram chamadas de elementares. Noséculo XX, porém, outras partículas foram previstas e descobertas.

Na década de 60, as partículas foram classificadas em hádrons e léptons. Em1963, Gell-Mann e Zweig sugeriram que os hádrons não eram partículas elementares, porqueseriam compostos por quarks.

bottom, down, up, top, charm, strange

Ciências da Natureza – Física Prof.: Luiz Felipe

✓ Princípios da Eletrostática

✓ Princípio da atração e repulsãoExperimentalmente verifica-se que cargas elétricas de mesmo sinal repelem-se e cargaselétricas de sinais contrários se atraem.

✓ Princípio da conservação das cargas elétricasEm um sistema isolado, a soma algébrica das cargas positivas e negativas é sempre constante.

antes depoisQ Q=

não troca cargas elétricas com o exterior

condutor elétrico (cargas escoam facilmente para o meio)

isolante

Ciências da Natureza – Física Prof.: Luiz Felipe

✓ Métodos de eletrização

✓ Eletrização por atritoAtritando-se dois corpos de materiais diferentes,

um deles cede elétrons para o outro. Na eletrização poratrito, ao final do experimento, os corpos atritadospossuem cargas de mesmo módulo, porém sinaiscontrários.

Eletrizar é transformar um corpo neutro em eletrizado devido a uma alteração no seu númerode elétrons.

série triboelétrica

Ciências da Natureza – Física Prof.: Luiz Felipe

✓ Eletrização por contatoColocando-se um corpo neutro A em contato com um corpo eletrizado B, verifica-se

que A se eletriza com carga elétrica de mesmo sinal que B. Se B estiver eletrizadonegativamente, ele cederá parte de seus elétrons em excesso ao corpo A, que se tornatambém negativo.

Entretanto, se B estiver eletrizado positivamente, ao entrar em contato com A, ele atrairáelétrons deste, que passarão para B. No fim ambos ficarão positivos, mas a carga elétrica de Bserá menor, devido ao princípio da conservação da carga elétrica.

A BQ Q Q= +

➢ Obs.: para pequenas esferas metálicas de mesmo raio, após o contato, teremos cada umadelas com metade da carga inicial.

Ciências da Natureza – Física Prof.: Luiz Felipe

➢ Obs.: quando esferas condutoras são colocadas em contato, as suas cargas se dividemproporcionalmente aos seus raios

Considere 2 esferas A e B, de raios R e r e cargas Q e q.

Considere que, após o contato, suas cargas sejam Q’ e q’. Pode-se dizer que:

' ' ' ' ' 'q Q q Q q Q q Q

r R r R r R r R

+ += = = =

+ +

conservação da carga elétrica

Considere a esfera B pequena e a esfera A gigante (Terra, por exemplo). Logo:

( ) ( ) ( )' 0 ' 0r r

q Q q Q q Q q qR r R

= + + + =+

Conclui-se que, quando um corpo é ligado à Terra, a carga total do sistema é transferida para aTerra, ficando a bolinha com carga final nula.

'Q Q q= +

Ciências da Natureza – Física Prof.: Luiz Felipe

aterramento de caminhões-tanque

Quando um corpo isolado eletricamente e eletrizado negativamente, por exemplo, éligado à Terra (aterramento), os elétrons em excesso do referido corpo escoam para a Terraaté a neutralização da carga do corpo.

Se o condutor estivesse eletrizado positivamente, elétrons subiriam da Terra emquantidade suficiente para compensar a carga positiva do condutor (falta de elétrons).

Ciências da Natureza – Física Prof.: Luiz Felipe

✓ Eletrização por induçãoChamamos de indução eletrostática a um processo de “separação” de cargas

elétricas em um condutor, sem que ele tenha contato com outro corpo eletrizado.

o induzido não está eletrizado, apenas polarizado. Continua sendo um corpo neutro. Suascargas negativas estão mais próximas do indutor, fazendo com que a atração seja maior que arepulsão. Devido à indução, um condutor neutro é atraído por outro eletrizado.

➢ Obs.: polarização de um isolanteAlgumas substâncias, como a água, apresentam moléculas denominadas moléculas

polares. Nestas substâncias, o centro das cargas positivas não coincide com o centro dascargas negativas havendo, portanto, uma assimetria na distribuição de cargas na molécula.

As substâncias cujas moléculas possuem as cargas elétricas distribuídassimetricamente são denominadas apolares.

Considere um dielétrico (isolante) não eletrizado, cujas moléculas são polares,afastado de influências elétricas externas. Nessas condições, suas moléculas estão distribuídasao acaso.

Ciências da Natureza – Física Prof.: Luiz Felipe

na polarização do isolante, as moléculas sofrem uma deformação

Aproximando-se deste dielétrico um corpo eletrizado, a carga deste corpo atuará sobre asmoléculas do isolante, fazendo com que elas se orientem. Quando isso ocorre, dizemos que odielétrico está polarizado.

Ciências da Natureza – Física Prof.: Luiz Felipe

um pente eletrizado atrai um pequeno pedaço depapel porque a força atrativa entre as cargas maispróximas supera a força repulsiva entre as cargasde mesmo sinal mais afastadas

um balão de borracha negativamente eletrizadopolariza os átomos da parede, criando umasuperfície positivamente eletrizada, de modo que obalão se gruda à parede

Ciências da Natureza – Física Prof.: Luiz Felipe

Ciências da Natureza – Física Prof.: Luiz Felipe

✓ Eletroscópios

Eletroscópios são aparelhos usados para determinar se um corpo está eletrizado ou não.

✓ Eletroscópio de folhasEle é formado por um corpo metálico preso a uma rolha de cortiça. Este conjunto é colocadodentro de um recipiente de vidro.

Ciências da Natureza – Física Prof.: Luiz Felipe

✓ Pêndulo eletrostáticoEle é formado por uma esfera extremamente leve em sua extremidade feita de materialcondutor, ligada por um fio isolante também extremamente leve. Seu funcionamento baseia-se na indução eletrostática.

se o corpo estiver eletrizado, então a bolinha polarizada será atraída, pois a força de atraçãoserá maior que a força de repulsão

Ciências da Natureza – Física Prof.: Luiz Felipe

Força eletrostática

✓ Lei de CoulombConsidere duas cargas elétricas puntiformes (corpos eletrizados de dimensões

desprezíveis) q e Q separadas por uma distância d e situadas no vácuo. Caso elas tenhamsinais contrários irão se atrair, ou se repelir, no caso de possuírem o mesmo sinal, de acordocom o Princípio da atração e repulsão.

De acordo com a Lei de Coulomb temos:

2

.q QF K

d=

constante eletrostática do meio

Ciências da Natureza – Física Prof.: Luiz Felipe

No vácuo temos:

29

0 2

.9.10

N mK

C=

A constante eletrostática do meio é definida como sendo:

1

4K

=

permissividade absoluta do meio

➢ obs.: a permissividade relativa do meio ou constante dielétrica é dada pela razão entre apermissividade absoluta do meio e a do vácuo, ou seja

0

r

=

Ciências da Natureza – Física Prof.: Luiz Felipe

Graficamente temos:

a força é inversamente proporcional ao quadrado da distância