Aula1_Eletricidade Basica

1. ELETROSTÁTICA.

Chamamos corpo eletrizado aquele que esta com a propriedade de atrair outros corpos, isto e, que manifesta eletricidade. E chamamos corpo neutro aquele que não esta eletrizada.

1.1. Carga Elétrica

Como todos os átomos são capazes de ceder elétrons e outros de receber, e possível produzir uma transferência de elétrons de um corpo para outro. Portanto, se no final desta troca este corpo possuir excesso de elétrons ele estará carregado negativamente, estando com excesso de prótons podemos afirmar que esta positivo. Na condição de neutro temos o no de elétrons igual ao no de prótons.

1.2.

Eletrização de uma Substância.

A eletrização de uma substância ocorre sempre com a perda ou o ganho de elétrons, pois as forças que os prendem ao átomo são muito fracas, bastando uma pequena quantidade de energia para liberá-las. Os prótons permanecem fixos dentro do núcleo dos átomos.

Sabe-se que determinados átomos possuíam a característica de aceitar ou doar elétrons, logo, quando duas substâncias diferentes são colocados em contato ocorre a eletrização.

ANTES DEPOIS

- - ---

---

A

B

Um corpo pode estar eletrizado de duas formas:

a) positivamente - quando há falta de elétrons (cedeu elétrons);

+++++ +++++

b

1.3.

Processo de Eletrização.

Existem três processos importantes para se obter a eletrização de um corpo: eletrização por atrito, eletrização por contato e eletrização por indução.

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1.3.1.

Eletrização Por Atrito.

Quando dois corpos sofrem atrito, pode ocorrer a eletrização de um corpo para outro. Neste caso diz-se que houve uma eletrização por atrito.

Considerando-se como exemplo um bastão de plástico sendo atritado com um pedaço de lã, notaríamos que após o atrito, os corpos passariam a manifestar propriedades elétricas, que se caracterizam pela atração de alguns corpos, por exemplo, pedaços de papel .

- - -

LÃ

ANTES DEPOIS DEPOIS

ANTES

DEPOIS

Podemos concluir que neste caso houve perdas de elétrons na lã e ganho de elétrons no bastão, o que significa a lã eletrizada positivamente e o bastão negativamente podemos concluir que na eletrização por atrito os dois corpos ficam carregados com cargas iguais, porém, de sinais contrários.

1.3.2.

Eletrização Por Contato.

Quando colocamos dois corpos em contato, um eletrizado e o outro neutro, pode ocorrer a passagem de elétrons de um para outro, fazemos com que o corpo neutro se eletrize.

Considere um bastão eletrizado negativamente, sendo colocado em contato com uma esfera inicialmente neutra.

ESFERA - - - - - - - - - BASTÃO

- -

-

As cargas em excesso do condutor eletrizado negativamente se repelem passando algumas para o corpo neutro fazendo com que ele fique também com elétrons em excesso e, portanto, eletrizado negativamente .

Se o bastão estivesse eletrizado com cargas positivas haveria também a passagem de elétrons, porém, desta vez, do corpo neutro para o eletrizado, pois o bastão está com falta de elétrons e os atrai do corpo neutro. Portanto, a esfera ficaria eletrizada positivamente, pois cederia elétrons.

Concluímos que na eletrização por contato, os corpos ficam eletrizados com cargas de mesmo sinal.

1.3.3.

Eletrização Por Indução.

A eletrização de um corpo neutro pode ocorrer por simples aproximação de um corpo eletrizado, sem que haja contato entre eles.

Considere por exemplo, uma esfera inicialmente neutra e um bastão eletrizado negativamente.

Quando aproximamos o bastão eletrizado da esfera neutra, as suas cargas negativas repelem os elétrons livres da esfera para posições mais distantes possíveis, neste caso, para o lado oposto da esfera, em relação à região de aproximação. --- --- + + + + + - - - - - - - - - -

-

-

DURANTE

DEPOIS

Desta forma, surgem na esfera duas regiões distintas: no lado voltado para o bastão a esfera fica com falta de elétrons e, portanto, eletrizada com cargas positivas. No outro lado, a esfera fica com excesso de elétrons, ou seja, eletrizada com cargas negativas.

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Concluímos:

1º - Na indução eletrostática ocorre apenas uma separação entre algumas cargas positivas e negativas do corpo.

chama-se "indutor" o corpo que provocou a indução; chama-se "induzido" o corpo no qual ocorreu o fenômeno.

2º - No processo da indução eletrostática o corpo induzido se eletrizará sempre com cargas de sinais contrário as do indutor.

OBS: Chama-se ELETROSCÓPIO o aparelho que se destina a indicar a existência de cargas elétricas,

ou seja, identificar se um corpo está eletrizado. São dois os tipos de eletroscópios:

pêndulo eletrostático; eletroscópio de folhas.

1.4. Lei de Coulomb (C)

Esta lei diz respeito à intensidade de forças de atração ou de repulsão que agem entre duas cargas elétricas. Antes, porém, devemos ver o conceito de carga puntiforme.

Chama-se carga puntiforme ao corpo dotado de carga elétrica cujas dimensões são desprezíveis quando comparadas com as distâncias envolvidas no fenômeno elétrico.

Considere duas cargas elétricas puntiformes Q e q, separadas pela distância d. Sabemos que se os sinais destas cargas forem diferentes elas se atraem e se forem iguais se repelem.

A quantidade de carga que um corpo possui e determinada pelo no de prótons ou elétrons que o corpo contem. O símbolo que representa a quantidade de carga e “Q”, que e expresso numa unidade chamada de Coulomb (C).

F Q F F

q

Em fins do século XVIII Charles Coulomb verificou experimentalmente que: - As forças de atração ou de repulsão entre duas cargas elétricas é proporcional ao produto das cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância que as separa.

F = K.Q.q

D

F - força elétrica (dina dyn)

Q, q - cargas elétricas em módulo (stat - C);

K0 - constante de proporcionalidade,

de aproximadamente 8,988 × 109 N—m2/C2.

A constante eletrostática no vácuo (k0) é definida em termos de outra constante, a constante elétrica ou permissividade elétrica do vácuo ( ), da seguinte maneira:

1.4.1.

Exercicios.

1º) Duas cargas elétricas puntiformes de 5.10

C e 0,3.10

C, no vácuo, estão separadas

entre si por uma distância de 5m.Calcule F.

2º)

Q = 2.10

C

q = 10.10

C

d - 0,2 m

1.5.

Série Triboelétrica

Alguns materiais, quando atritados aos pares, uma contra o outro, geram mais cargas elétricas livres do que outros pares. A serie triboelétrica é uma lista de materiais, que mostra quais são aqueles que tem maior tendência de se tornarem positivamente eletrizados e quais os que apresentam maior tendência de se tornarem negativamente eletrizados.

1.6.

Potencial Elétrico

O potencial elétrico e uma propriedade do espaço onde existe um campo elétrico, um campo elétrico pode ser produzido por carga pontual ou por alguma distribuição de cargas.

O potencial não depende da carga de prova (aquela que se usa para verificar a existência do campo elétrico). Então em uma região do espaço onde existe um campo elétrico todos os pontos desse espaço possuem um potencial. Todos os pontos que porventura apresentarem potenciais iguais formam uma "equipotencial", ou seja, uma região com mesmo potencial.

1.7.

Campo Eletrostático

A característica fundamental de uma carga elétrica e a sua capacidade de exercer forca. Esta forca esta presente no campo eletrostático que envolve cada corpo carregado.

Quando dois corpos de polaridade opostas são colocados próximos um do outro, o campo eletrostático se concentra na região compreendida entre eles.

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1.8.

Isolantes e Condutores

As substâncias que isolam a eletricidade são chamadas isolantes ou dielétricos. Os que se comportam como os metais isto e, que conduzem a eletricidade, são chamados condutores.

Os condutores mais comuns são: os metais, o carbono, as soluções aquosas de ácidos, bases e sais, os gases rarefeitos, os corpos dos animais, e, em geral, todos os corpos úmidos. Os isolantes mais comuns sao: vidro, louca, porcelana, borracha, ebonite, madeira seca, baquelite, algodão, seda, lã, parafina, enxofre, resinas, água pura, ar seco, etc.. Modernamente estão tomando importância cada vez maior como isolantes certas substancias plásticas fabricadas sinteticamente.

A temperatura e a umidade influem muito na "qualidade" de um isolante e de um condutor. De modo geral, os isolantes úmidos são maus isolantes, porque passam a conduzir um pouco a eletricidade. A temperatura elevada os isolantes são também maus isolantes: o vidro, por exemplo, que a temperatura ambiente e ótimo isolante, quando aquecido ate ficar pastoso se torna muito bom condutor. Nos condutores, a temperatura em geral tem ação inversa: eles são melhores condutores a baixas temperaturas. A umidade age sempre no mesmo sentido, quer nos condutores, quer nos isolantes: melhora a condução.

De modo geral, os bons condutores de eletricidade também são bons condutores de calor, e os isolantes elétricos também são isolantes térmicos.

Outras Unidades de Potência: Horse Power [HP] = 746W Cavalo Vapor [CV] = 736W

1.9.

Semicondutores

Os semicondutores constituem determinado grupo de elementos químicos cujas características elétricas são intermediárias entre as dos condutores e as dos isolantes.

Possuem quatro elétrons em sua camada mais externa (camada de valência). Toda a indústria eletrônica depende dessa classe de materiais, visto que os dispositivos eletrônicos e os circuitos integrados (CIs) são construídos usando materiais semicondutores. Embora o silício (Si) seja o material mais usado, o germânio (Ge) e o arseneto de gálio (GaAs) são também utilizados em muitos dispositivos.

Os semicondutores são também caracterizados por serem fotocondutores e por terem um coeficiente negativo de variação da resistividade com a temperatura.

Fotocondutividade é um fenômeno no qual os fótons (pequenos pacotes de energia) de um feixe de luz incidente causam aumento de densidade de portadores de corrente desse material e, como conseqüência, ocorre um aumento do fluxo de cargas. Um coeficiente de temperatura negativo significa que a resistência diminui quando a temperatura aumenta.

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