Aula
Aula 10
10 de
de Física
Física
El t
ti
El t
ti
Eletromagnetismo
Eletromagnetismo
((Eletrostática
Eletrostática))
Eletromagnetismo
Eletromagnetismo
No estudo da Física, oeletromagnetismoé o nome
da teoria unificada desenvolvida por James Maxwell para explicar a relação entre a eletricidade e o magne-tismo. Esta teoria baseia-se no conceito de campo ele-tromagnético.
Eletrização
Eletrização
O pente ou a caneta, quando atritado, adquire uma propriedade nova, que não possui quando não é atritado, o de atrair pequenos objetos.
Eletrização
Eletrização
Esse fenômeno é chamado de
eletrizaçãoe foi descoberto com o âmbar, mais ou menos há 25 sécu-los, pelo filósofo matemático grego Tales, da cidade de Mileto.
Ele observou que o âmbar após Ele observou que o âmbar, após atritado, adquire a propriedade de atrair corpos leves. O âmbar é dito em grego como “Electron”.
Atualmente, sabemos que duas substâncias, contanto que sejam de materiais diferentes, quando atrita-das sempre se eletrizam.
Condutores
Condutores
Condutoressão substâncias nas quais os elétrons se locomovem com facilidade por estarem fracamente liga-dos ao núcleo.
Os condutores mais comuns são: os metais, o carbo-no, as soluções aquosas de ácidos, bases e sais, os gases rarefeitos, os corpos dos animais, e, em geral, todos os
Isolantes
Isolantes
Nosisolantes, os elétrons não se movimentam com facilidade, pois estão fortemente ligados ao núcleo.
Carga
Carga Elétrica
Elétrica
Toda matéria é constituída porátomos.
Por outro lado, os átomos são constituídos porprótons,
elétronsenêutrons.
Carga
Carga Elétrica
Elétrica
Umacarga elétricaé gerada quando um corpo pos-sui elétrons sobrando. Cargas elétricas estão armazena-das em grande quantidade nos corpos ao nosso redor, mas a percepção dela não ocorre facilmente.
Acredita-se na existência de dois tipos de carga, uma
positivae outranegativa. Quando existe equilíbrio de cargas em um corpo, diz-se que está eletricamente neutro.
Carga
Carga Elétrica
Elétrica
Representamos a grandeza carga elétrica pela letra
Qe usamos como unidade para representá-la a unidade
Coulomb(C).
Lei de Coulomb: corpos com cargas diferentes se atraem.
Eletrização
Eletrização por
por Atrito
Atrito
Quando dois corpos são atritados, pode ocorrer a passagem de elétrons de um corpo para outro.
Na eletrização por atrito, os dois corpos ficam carregados com cargas iguais, porém de sinais contrá-rios.
Eletrização
Eletrização por
por Contato
Contato
Quando colocamos dois corpos em contato, um ele-trizado e outro neutro, pode ocorrer a passagem de elé-trons de um para o outro, fazendo com que o corpo neutro se eletrize.
Os corpos ficam eletrizados com cargas de mesmo sinal, após o equilíbrio.
Eletrização
Eletrização por
por Contato
Contato
Pode acontecer por simples aproximação de um ou-tro corpo eletrizado, sem que haja contato.
Princípios
Princípios da
da Eletrostática
Eletrostática
Princípio da conservação da energia
Num sistema eletricamente isolado, é constante a so-ma algébrica das cargas elétricas.
Princípios da atração e repulsão
Cargas elétricas de mesmo sinal se repelem e de si-g p nais opostos se atraem.
Lei de Coulomb
Lei de Coulomb
q
kq
Onde:
F – força elétrica (N, Newton)
k – constante eletrostática (9.109Nm2/C2) q1, q2 – cargas elétricas (C)
d – distância entre as cargas (m)
2 2 1
d
q
kq
F
=
Curiosidades
Curiosidades
Nas tecelagens e nas fábricas de papel onde o papel é fabricado em rolos, quando o tecido ou o papel passa ao redor de rolos metálicos gera carga elétrica. Essa carga pode produzir faíscas, que dão lugar a incêndios. Para evitar isso, se umedece o ar, nesses lugares, de maneira que se formam filmes de umidade sobre as superfícies, filmes esses que vão retirando as cargas elétricas.
Curiosidades
Curiosidades
Quando a gasolina é transportada em caminhões, o chacoalhar da gasolina, fazendo com que ela se atrite com as paredes do caminhão, pode gerar carga elétrica. Quando uma pessoa toca com as mãos a válvula para descarregar a gasolina, pode saltar uma faísca que produzirá a combustão do vapor de gasolina. Para evitar isso, esses caminhões mantém uma corrente metálica se arrastando no chão. Essa corrente conduz para a terra qualquer carga elétrica que se possa gerar.
Curiosidades
Curiosidades
Durante as tempestades violentas as nuvens se car-regam intensamente de eletricidade. Saltam então faíscas gigantescas dessas nuvens para a Terra, ou entre duas nuvens próximas. Essas faíscas são osraios.
Essa descarga elétrica arranca elétrons das moléculas dos constituintes do ar isto é ioniza essas moléculas dos constituintes do ar, isto é, ioniza essas moléculas. Quando se dá a ionização, que nesse caso é muito vio-lenta, se produz orelâmpago.
A descarga aquece muito o ar por onde passa, e provoca uma dilatação rápida desse ar. Essa dilatação rápida produz otrovão.
Exercícios
Exercícios
1. Duas cargas puntiformes, Q1= 5 mC e Q2 = - 4 mC, no vácuo, estão separadas por uma distância de 30 cm. Determine a força elétrica entre elas.
2. Duas cargas elétricas puntiformes Q1 = 2 mC e Q2 = 8 mC são fixadas nos pontos A e B, distantes entre si 0,4 m, no vácuo. Determinar a intensidade da força
elétrica resultante sobre uma carga Q3 = 3 mC
elétrica resultante sobre uma carga Q3 = - 3 mC, colocada a 0,1m de B, sobre a reta AB. Considere K = 9x109Nm2/C2.
4. Uma pequena esfera recebe uma carga de 40 mC, e outra esfera, localizada a 20 cm de distância, recebe uma carga de -10 mC. Qual a força de atração entre elas?
5. Duas cargas puntiformes Q1 = 6 mC e Q2 = - 8 mC encontram-se fixadas nos pontos A e B como mostra a figura abaixo.
a) Determinar a intensidade da força resultante que atua sobre uma carga Q3 = 1 mC colocada no ponto C. Considere o meio como sendo o vácuo.
b) indique por meio de vetores as forças atuantes em cada carga
6. Dois corpos puntiformes e condutores estão eletrizados com cargas de mesmo sinal e estão separados por uma distancia r, no vácuo. Nessas condições eles se repelem com uma força elétrica de intensidade F. Dobrando-se a distancia entre eles, a intensidade da força de interação eletrostática fica com que intensidade?
7. Duas cargas elétricas puntiformes Q1 e Q2, sendo Q2= 4Q1, estão fixas em dois pontos A e B, distantes 30 cm
d t
um do outro.
a) A que distância do ponto A deve ser colocada uma carga Q3 qualquer para ficar em equilíbrio sob a ação exclusiva das forças elétricas?
b) Se a carga Q3 for colocada no ponto médio da distância entre A e B, qual será a direção e o sentido da força resultante sobre ela? Considere Q3 = 2Q1.
8. A lei de Coulomb afirma que a força de interação elétrica de partículas carregadas é proporcional:
a) à distancia entre as partículas; b) às massas e à distancia das partículas; c) às cargas das partículas;
d) às massas das partículas;
e) ao quadrado da distância entre as partículas.
9. Duas cargas elétricas puntiformes se atraem; aproxi-mando a distancias entre elas na metade da distancia, no mesmo meio, a força de atração será:
a) o dobro; b) a metade; c) o quádruplo; d) a Quarta parte; e) a mesma
Campo
Campo Elétrico
Elétrico
Sempre que uma carga elétrica Q é colocada em certa posição P, a região que envolve essa carga adquire proprie-dades novas.
Campo
Campo Elétrico
Elétrico
Assim, uma carga elétrica de teste q colocada nessa re-gião, fica sujeita a uma força F; outra carga-teste q1, colo-cada nessa região fica sujeita a uma força F1 e podem ser de atração ou repulsão, conforme os sinais de Q, q e q1.
Como essas forças são de origem elétrica, chama-se
campo de forças elétricas, ou simplesmentecampo elé-trico, à região que envolve.
Campo
Campo Elétrico
Elétrico
Campo
Campo Elétrico
Elétrico
Suponhamos que continuemos essa operação colocando sucessivamente no ponto A as cargas elétricas q1, q2, ..., qn, todas elas suficientemente pequenas para não alterarem o campo de Q. Elas ficarão sujeitas respectivamente, às forças F1, F2, ..., Fn.
Campo
Campo Elétrico
Elétrico
A propriedade fundamental do campo elétricoé a seguinte: o quociente dessas forças pelas cargas elétricas correspondentes colocadas em A é uma grandeza vetorial constante para o mesmo ponto A do campo elétrico.
Isto é,
E
q
F
...
q
F
q
F
q
F
n n
2 2
1
1
=
=
=
=
=
Exercícios
Exercícios
10. Sobre uma carga elétrica de 2,0 .10-6C, colocada em certo ponto do espaço, age uma força de intensidade 0,80N. Despreze as ações gravitacionais. A intensidade do campo elétrico nesse ponto é:
a) 1,6 . 10-6 N/C b) 1,3 . 10-5 N/C c) 2,0 . 103 N/C d) 1,6 . 105 N/C e) 4,0 . 105 N/C
11. Uma carga pontual Q, positiva, gera no espaço um campo elétrico. Num ponto P, a 0,5 m dela, o campo tem
intensidade E = 7,2.106N/C. Sendo o meio vácuo onde
K = 9.109unidades S. I., determine Q. a) 2,0 . 10-4C
b) 4,0 . 10-4C c) 2,0 . 10-6C d) 4,0 . 10-6C e) 2,0 . 10) -2C
12. Duas cargas, –3q e +q, são fixas e separadas por uma distância d. Localize o(s) ponto(s) onde o campo elétrico é nulo.
13. Determine a intensidade do campo elétrico resul-tante no ponto P, sabendo que ele foi gerado exclusi-vamente pelas duas cargas elétricas da figura.
Temos ainda: Q1 = +9,0 nC; Q2 = +4,0 nC; K = 9,0 .
Temos ainda: Q1 +9,0 nC; Q2 +4,0 nC; K 9,0 .
109unid. SI; o meio é vácuo.
14. Duas cargas elétricas puntiformes, valendo -4.10-6C
e 2.10-6 C, ocupam dois vértices de um triângulo
equilátero de lado 0,20 m, no vácuo. Calcular o campo elétrico no outro vértice do triângulo.
Gabarito
Gabarito
1)
2)
3)
4)
5)
11)
12)
13)
14)
5)
6)
7)
8)
9)