Introdução

Eletrização

Condutores e isolantes

Carga elétrica

Quantidade de carga elétrica

Princípio da conservação das quantidades de carga elétrica

Prefixos gregos

Eletrização por atrito

Eletrização por contato – corpos de mesmo tamanho

Eletrização por contato – corpos de tamanhos diferentes

Eletrização por indução

Eletroscópio

Gerador de Van de Graaff

Curiosidade

Exercícios

A eletricidade foi descoberta na Grécia antiga (séc. VI a.C.). Conta-nos a história que o filósofo Tales de Mileto observou o seguinte fenômeno: ao atritar uma pedra de âmbar na pele de um animal, provavelmente uma ovelha, e depois aproximá-la de objetos leves, tais como pena de passarinho e pedacinhos de palha, estes eram atraídos pelo âmbar. Tales descobrira a eletricidade estática.

Matéria Átomos

Núcleo

Prótons

Nêutrons

Eletrosfera Elétrons

Próton Positivo +e Nêutron Nulo 0 Elétron Negativo __e

Partícula Carga Massa

Próton +e 1,672 . 10 – 27 kg

Elétron – e 9,1 . 10 – 31 kg

Nêutron 0 1,672 . 10 – 27 kg

A carga elementar (e) possui valor dado por: e = 1,6 . 10 – 19 C

Quark Símbolo Carga (e)

Up u +2/3

Down d –1/3

Top t +2/3

Botton b –1/3

Estranho s –1/3

Charm c +2/3

Os físicos Murray Gell-Mann e George Zweig propuseram que prótons e nêutrons são constituídos de “quarks”. Temos:

Próton

u u

d

Nêutron

u

d d

Corpo

Neutro Prótons = Elétrons

Eletrizado P ≠ E Positivo P > E

Negativo P < E

O corpo neutro ficará POSITIVO se PERDER elétrons.

O corpo neutro ficará NEGATIVO se GANHAR elétrons.

O processo de transferência de partículas elementares ocorre apenas a nível de eletrosfera, ou seja, o número de prótons do átomo permanece constante.

Um material é chamado de condutor elétrico quando há nele grande quantidade de portadores de carga elétrica que podem se movimentar com grande facilidade.

Um material é chamado de isolante elétrico (ou dielétrico) quando não há nele grande quantidade de portadores de carga elétrica que podem se movimentar com grande facilidade.

Imagens: http://vsites.unb.br/iq/kleber/EaD/Eletromagnetismo/CondutorIsolante/CondutorIsolante.html

Carga elétrica é uma propriedade inerente a determinadas partículas elementares (os elétrons e os prótons – os portadores da carga elétrica), que proporciona a elas a capacidade de interações mútuas, de natureza elétrica.

O francês Charles Du Fay, por volta de 1700, descobriu experimentalmente que corpos friccionados (eletrizados) podem atrair ou repelir outros corpos eletrizados. Du Fay realizou os seguintes experimentos: 1. Friccionou dois pedaços de vidro com seda, eletrizando-os. A seguir,

aproximou-os e verificou que eles se repeliram.

2. Friccionou dois corpos de âmbar com lã, eletrizou-os. A seguir, aproximou-os e verificou que eles se repeliram.

3. Finalmente aproximou um pedaço de vidro eletrizado do âmbar, também eletrizado; verificou que eles se atraíram.

A conclusão foi a seguinte: há dois tipos de eletricidade; uma delas é inerente ao vidro, e a outra é inerente ao âmbar, pois esses dois materiais se atraíram. Du Fay denominou as cargas elétricas do vidro de eletricidade vítrea e as cargas elétricas do âmbar e outras resinas de eletricidade resinosa. Mais tarde Benjamin Franklin simplificou a nomenclatura e chamou a eletricidade vítrea de positiva e a resinosa de negativa. Desde então se estabeleceu um dos princípios fundamentais da eletricidade:

• Corpos eletrizados com cargas positivas se repelem.

• Corpos eletrizados com cargas negativas se repelem.

• Corpos eletrizados com cargas de sinais contrários se atraem.

+ + _ _

+ _ Atração

Repulsão

Repulsão

+ 0 Atração

0 _ Atração

Cargas de mesmo sinal se repelem e cargas de sinais contrários se atraem.

Um corpo neutro sempre é atraído por um corpo eletrizado.

É uma grandeza escalar associada à carga elétrica, definida por:

Q n e n P E

ΔQ → Quantidade de carga elétrica n → número de cargas elementares em excesso e → carga elétrica elementar (e = 1,6 . 10 – 19 C) P → número de prótons E → número de elétrons.

Final InicialQ Q Q 191,6 10e C

Em um sistema eletricamente isolado a soma das quantidades de carga permanece inalterada.

INICIAL FINALQ Q

O corpo neutro ficará POSITIVO se PERDER elétrons.

O corpo neutro ficará NEGATIVO se GANHAR elétrons.

Clique seguidamente em uma parte limpa do slide.

PREFIXO SÍMBOLO VALOR

mili m 10–3 micro µ 10–6 nano n 10–9 pico p 10–12

quilo k 103

mega M 106

giga G 109

tera T 1012

Na eletrização por atrito os corpos adquirem cargas de mesmo módulo e sinais contrários.

Série Triboelétrica

Pele humana seca +

Couro

Pele de coelho

Vidro

Cabelo humano

Fibra sintética (nylon)

Lã

Pele de gato

Seda

Alumínio

Papel

Algodão

Madeira

Borracha

Isopor

Plástico –

Contato

Mesma dimensão

Dimensões diferentes

Na eletrização por contato os corpos adquirem cargas de mesmo sinal.

Final

soma das cargas iniciais

número de corposQ

Q 0 2

Q2

Q

Q 02

Q2

Q

Observação:

Se os corpos forem esferas de tamanhos diferentes, vale a relação:

Final de X

soma das cargas iniciaisraio de X

soma dos raiosQ

X Y

Final de Y

soma das cargas iniciaisraio de Y

soma dos raiosQ

Q 02

Q

Q

Q Q

0

Q2

QQ

Q2

QQ

Q2

QQ

Q

2

QQ

Q

Na eletrização por indução os corpos adquirem cargas de sinais contrários. Obs: O indutor somente deverá ser afastado do induzido depois que o aterramento for desfeito.

(UFPel) Recentemente foi inaugurado o LHC, um grande acelerador de partículas que deverá permitir a recriação das condições do universo logo após o “Big Bang”. De acordo com as teorias atuais, os prótons e os nêutrons são formados, cada um, por três partículas elementares chamadas de quarks. Existem doze tipos de quarks na natureza, mas os prótons e nêutrons são formados por apenas dois tipos. O quark up (u) possui carga elétrica positiva igual a 2/3 do valor da carga elétrica elementar (e), enquanto o quark down (d) possui carga elétrica negativa igual a 1/3 do valor da carga elétrica elementar. Assinale a alternativa que representa a composição do próton (p) e do nêutron (n), respectivamente: a) (p) u, d, d – (n) u, d, u. b) (p) d, d, u – (n) d, d, d. c) (p) u, u, u – (n) u, d, u. d) (p) u, u, d – (n) u, d, d. e) (p) u, u, d – (n) u, u, u.

Um estudante entrega ao seu professor um relatório de suas experiências e nele contém as medidas das cargas elétricas de 4 corpos: – A: 6,4 · 10–19 C – B: 1,6 · 10–20 C – C: 2,5 · 10–19 C – D: 0,8 · 10–18 C Sabendo que a carga elementar é de 1,6 · 10 –19 C, qual (is) medida(s) está (ão) fisicamente corretas: a) apenas A. b) apenas A e B. c) apenas A e D. d) apenas C. e) apenas B e C.

Série Triboelétrica

+

–

(UFSCar-SP) Atritando vidro com lã, o vidro se eletriza com carga positiva e a lã, com carga negativa. Atritando algodão com enxofre, o algodão adquire carga positiva e o enxofre, negativa. Porém, se o algodão for atritado com lã, o algodão adquire carga negativa e a lã, positiva. Quando atritado com algodão e quando atritada com enxofre, o vidro adquire, respectivamente, carga elétrica: a) positiva e positiva. b) positiva e negativa. c) negativa e positiva. d) negativa e negativa. e) negativa e nula.

(UNIFOR) Duas pequenas esferas idênticas estão eletrizadas com cargas de 6,0 µC e –10 µC, respectivamente. Colocando-se as esferas em contato, o número de elétrons que passam de uma esfera para a outra vale: a) 5,0 . 1013 b) 4,0 . 1013 c) 2,5 . 1013 d) 4,0 . 106 e) 2,0 . 106 Dado: carga elementar e = 1,6 . 10 –19 C

(UCS) Uma esfera condutora eletrizada com carga Q = 6,0

pC é colocada em contato com outra, idêntica, eletrizada

com carga q = –2,0µC. Admitindo-se que haja troca de

cargas apenas entre essas duas esferas, o número de

elétrons que passa de uma esfera para outra até atingir o

equilíbrio eletrostático é:

Dado: carga elementar = 1,60 ⋅ 10–19C.

a) 5,00 ⋅ 1019

b) 2,50 ⋅ 1016

c) 5,00 ⋅ 1014

d) 2,50 ⋅ 1013

e) 1,23 ⋅ 1013

(Fatec-SP) Considere três esferas metálicas, X, Y e Z, de

diâmetros iguais. Y e Z estão fixas e distantes uma da

outra o suficiente para que os efeitos da indução

eletrostática possam ser desprezados. A situação inicial

das esferas é a seguinte: X neutra Y carregada com carga

+Q e Z carregada com carga –Q. As esferas não trocam

cargas elétricas com o ambiente.

Fazendo-se a esfera X tocar primeiro na esfera Y e depois

na esfera Z, a carga final de X será igual a:

a) zero

b) 2Q/3

c) –Q/2

d) Q/8

e) –Q/4

Uma esfera condutora de raio RA = 3 m está eletrizada

com carga QA = 6,0 nC e é colocada em contato com uma

outra esfera condutora de raio RB = 9 m eletrizada com

carga QB = –20,0 nC. Admitindo-se que haja troca de

cargas apenas entre essas duas esferas, qual a carga

final de cada esfera ao atingir o equilíbrio eletrostático?

(FUVEST) Quando se aproxima

um bastão B, eletrizado

positivamente, de uma esfera

metálica, isolada e inicialmente

descarregada, observa-se a

distribuição de cargas

representada na figura abaixo.

Mantendo o bastão na mesma

posição, a esfera é conectada à

Terra por um f o condutor que

pode ser ligado a um dos pontos

P, R ou S da superfície da esfera.

Indicando por (→) o sentido do

fluxo transitório (f) de elétrons (se

houver) e por (+), (–) ou (0) o sinal

da carga final (Q) da esfera, o

esquema que representa f e Q é:

Em uma esfera metálica oca, carregada positivamente, são encostadas esferas metálicas menores, presas a cabos isolantes e inicialmente descarregadas.

As cargas que passam para as esferas menores, I e II, são, respectivamente: A) zero e negativa. B) zero e positiva. C) positiva e negativa. D) positiva e zero. E) negativa e positiva.

(Uftm) A indução eletrostática consiste no fenômeno da separação de

cargas em um corpo condutor (induzido), devido à proximidade de outro

corpo eletrizado (indutor).

Preparando-se para uma prova de física, um estudante anota em seu

resumo os passos a serem seguidos para eletrizar um corpo neutro por

indução, e a conclusão a respeito da carga adquirida por ele.

Passos a serem seguidos:

I. Aproximar o indutor do induzido, sem tocá-lo.

II. Conectar o induzido à Terra.

III. Afastar o indutor.

IV. Desconectar o induzido da Terra.

Conclusão: No final do processo, o induzido terá adquirido cargas de

sinais iguais às do indutor.

Ao mostrar o resumo para seu professor, ouviu dele que, para ficar

correto, ele deverá

a) inverter o passo III com IV, e que sua conclusão está correta.

b) inverter o passo III com IV, e que sua conclusão está errada.

c) inverter o passo I com II, e que sua conclusão está errada.

d) inverter o passo I com II, e que sua conclusão está correta.

e) inverter o passo II com III, e que sua conclusão está errada.

(UECE – Mod.) A série triboelétrica a seguir é uma lista de

substâncias, de modo que cada uma se eletriza com carga positiva

quando atritada com qualquer outra substância que a segue na lista:

Um gato escorrega para baixo em uma vara de plástico e cai dentro

de uma cuba metálica, x, que repousa sobre uma placa isolante. Duas

outras cubas idênticas, y e z, apoiadas na placa, estão em contato

com entre si, mas nenhuma faz contato com x. Quando o gato cai em

x, a placa se quebra e todas as cubas caem, separadas, sobre o

soalho isolado. O gato abandona a cuba x e foge.

Ao final deste processo:

a) x adquire carga positiva, y negativa e z positiva.

b) x adquire carga negativa, y positiva e z negativa.

c) somente x adquire carga positiva.

d) x, y e z têm cargas positivas.

e) x, y e z têm cargas negativas.

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