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Princípios de Eletricidade e Magnetismo

Engenharias

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FACULDADE PITÁGORAS UBERLÂNDIA

ENGENHARIAS - ELETRICIDADE

Ementa

Eletrostática• Carga Elétrica

• Condutores e Isolantes

• Processos de Eletrização

• Lei de Coulomb

• Campo Elétrico

• Potencial Elétrico

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Eletromagnetismo• Imã/Bússola

• Lei de Faraday

• Lei de Lenz

• Força magnética

• Campo magnético

• Transformador

Circuitos II• Associação de

Resistores;

• Leis das Malhas;

• Leis dos Nós



Circuitos I• Tensão

• Corrente elétrica

• Resistência

• Efeito Joule

• Lei de Ohm

• Equipamentos de bancada

• Circuitos elétricos

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Bibliografia

PAUL, Tipler A.; MOSCA, Gene. FÍSICA PARA CIENTISTAS E ENGENHEIROS: Eletricidade e Magnetismo, Ótica. 5. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2006. 2 v.

WALKER, Jearl; HALLIDAY, David; RESNICK, Robert. Fundamentos de física: volume 3: eletromagnetismo. LTC, 2009.

TIPLER, Paul A. Física: volume 2. LTC, 2000.

GUSSOW, Milton. Eletricidade Básica. 2ª Edição. 2001.

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CALENDÁRIO DE ATIVIDADES

Atividade Pontuação Data

Atividades Av. Casa 01/02 2 pontos 31/08; 21/09

Relatório Primeiro Laboratório 1 ponto 21/09/16

Primeira Avaliação 7 pontos 28/09/16

Atividades Av. Casa 03/04 2 pontos 19/10;23/11

Relatório Segundo Laboratório 1 ponto 19/10/16

Relatório Terceiro Laboratório 1 ponto 23/11/16

Segunda Avaliação 6 pontos 30/11/16

Avaliação Segunda Chamada 12/12 a 14/12

Exame Especial 19/12 a 22/12

Calendário de Atividades

EletricidadeEletrostática: Aula 1

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Átomos

Toda matéria é constituída por átomos.

Estrutura atômica• Prótons (carga positiva)• Nêutrons • Elétrons (carga negativa)

Átomo no estado natural:• Número de prótons é igual ao

número de elétrons.

• Equilíbrio elétrico

Átomos

Número atômico (Z)• É o número de prótons de um

átomo.

Número de massa (A)• Número de prótons e nêutrons

existentes no núcleo de um átomo

Massa atômica• Massa cuja unidade representa

1/12 da massa de um átomo de Carbono-12.

Representação:

Exemplos:

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Átomos

Núcleo atômico• Os nêutrons e os prótons

compõem o núcleo atômico e os elétrons se localizam na eletrosfera.

• Os prótons e os nêutrons possuem massa 2000 vezes maior que os elétrons.

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Átomos

Eletrosfera• A eletrosfera é formada por

camadas ou orbitas

• A última camada da eletrosfera é denominada camada de valência

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Distribuição dos elétrons na eletrosfera

Cada camada ou órbita de um átomo pode conter no máximo um determinado número de elétrons

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Distribuição dos elétrons na eletrosfera

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EletrosferaDeslocamento de elétrons

Quando aplicada energia externa, os elétrons presentes nas últimas camadas a absorvem e assumem um estado de excitação.

Quando excitados, os elétrons se deslocam para camadas mais externas.

Quando não existem camadas mais externas para se deslocarem, os elétrons se desprendem da eletrosfera. • Dão origem aos “elétrons livres”.

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EletrosferaDeslocamento de elétrons

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Materiais condutores e isolantes

CONDUTORES

Materiais que apresentam maior facilidade em perder elétrons

Apresentam uma maior concentração de elétrons livres

Exemplos:• Cobre, ouro, prata, alumínio

ISOLANTES

Materiais que apresentam menor facilidade em perder elétrons

Apresentam uma menor concentração de elétrons livres

Exemplos:• Borracha, vidro, cerâmica

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Ionização dos corpos

Como certos átomos são capazes de ceder elétrons e outros são capazes de receber, é possível produzir uma transferência de elétrons de um corpo à outro.

Quando isso ocorre, um corpo apresentará excesso de prótons e o outro apresentará excesso de elétrons.

Esse processo é denominado:

Ionização dos corpos

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Conservação da carga

Após o processo de ionização, a soma da carga elétrica dos dois corpos permanece constante

Lei da Conservação da Carga Elétrica

É o principio em física que estipula que a carga elétrica não pode ser criada ou destruída.

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Quantização da carga

A carga elétrica em um corpo é dada pelo número de prótons ou número de elétrons em excesso

A quantidade de carga elétrica de um corpo é dada por:

𝑄 = ± 𝑛 ∙ 𝑒

onde:

𝑄 é a quantidade de carga elétrica de um corpo

𝑛 é o número de prótons ou elétrons em excesso

𝑒 é a Carga Elementar

Unidade SI é em Coulombs (C)

Carga Elementar

• Carga, em Coulombs, de um elétron ou um próton:

𝑒− = −1,6 ∙ 10−19𝐶

ou

𝑒+ = +1,6 ∙ 10−19𝐶

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Exemplos

Sabendo que um átomo no seu estado natural apresenta:

𝑛º𝑝𝑟ó𝑡𝑜𝑛𝑠 = 𝑛º𝑒𝑙é𝑡𝑟𝑜𝑛𝑠

• Qual é a carga elétrica desse átomo?

Um certo corpo apresenta uma carga de +50𝑛𝐶.• Quantos elétrons foram transferidos

(perdidos) para produzir esta carga, isto é, quantos prótons existem a mais que elétrons nesse corpo?

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“Cargas iguais se repelem e cargas opostas se atraem”.

Lei das cargas elétricas

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Lei das cargas elétricas

O que está acontecendo na situação ao lado?

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Eletrização

Processo capaz de provocar a ionização dos corpos• Surgimento de cargas devida a diferença entre o número de prótons e

elétrons em um corpo.

Tipos de eletrização:• Eletrização por atrito• Eletrização por contato• Eletrização por indução

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EletrizaçãoEletrização por atrito

Dois corpos de matérias diferentes.

Um dos corpos perde elétrons e o outro os recebe.

Surgimento de cargas opostas.

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EletrizaçãoEletrização por atrito

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EletrizaçãoEletrização por contato

Troca de cargas devido o contato.

Procuram se equilibrar.

Surgimento de cargas com sinais iguais.

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EletrizaçãoEletrização por contato

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EletrizaçãoEletrização por indução

Aproximação de um corpo carregado (indutor) de um corpo neutro (induzido).

A formação de cargas depende do aterramento do corpo induzido.

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EletrizaçãoEletrização por indução

Eletrização por Contato, Atrito e InduçãoEletrização por Indução

• Ao se aproximar um objeto carregado negativa ou positivamente de uma superfície condutora, pode-se observar que as cargas de natureza oposta ao da barra serão atraídas e as iguais repelidas, conforme a animação abaixo:

• Exemplo: Eletrização de dois corpos carregados, gerando corpos com cargas distintas

1o)

Dois corpos carregados(neutros) equidistantes entre

sim. Eles estão isolados do apoio pois, a base é

de acrílico.

2o)

Agora os corpos foram colocados emcontato um com o

outro, formando um único corpo carregado.

4o)

5o)

Por fim, o bastão é removido, cessando a força de indução sobre

as cargas, que novamente se distribuem na superfícies, gerando

dois corpos com naturezas de cargas distintas

3o)

Os corpos foramafastados um dos outros, de maneira que volta-‐se a

ter dois corpos comcargas distintos, ainda sobre efeito da barra.

Uma barra negativamente carregada(com valor de carga

superior ao dos corpos) é aproximada. Com isto, há a

repulsão das cargas de mesma

natureza e a atração com a natureza oposta

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Exercício

Considere quatro corpos inicialmente neutros: A, B, C e D. O corpo A trata-se de um pedaço de seda, o corpo B é um bastão de vidro e os corpos C e D são compostos por um material desconhecido. Os corpos acima foram eletrizados da seguinte forma:

1. Os corpos A e B foram atritados;2. O corpo B foi colocado em contato com o corpo C3. O corpo C foi colocado próximo ao corpo D, que por sua vez foi aterrado.

Qual a carga de cada um dos corpos no final do processo de eletrização?

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