Eletrostática
Eletrodinâmica
Fenómeno da atração das cargas foi constatado por
Tales de Mileto que observou que o âmbar depois de friccionado atraia pequenos objetos
No século XVI, Gilbert constatou que muitos outros corpos possuíam a mesma propriedade que o âmbar (electron em grego) e designou a referir eletrizado (semelhante ao âmbar) esse estado em que o corpo possui a propriedade de atrair outros corpos
Benjamin Franklin desenvolveu uma teoria que designou de fluido único, que era indestrutível, associado à matéria em maior ou
menor quantidade
- os corpos que possuíam a quantidade normal eram neutros - os corpos que tivessem mais que o normal eram negativos
Carga elétrica
A existência de atracção e repulsão foi descrita pela primeira
vez em termos de cargas elétricas por Charles François de
Cisternay du Fay em 1773. Investigando-se a eletrização
por atrito concluiu-se que existem dois tipos de carga: carga
positiva e carga negativa
Quantização da carga
todos os objetos diretamente observados na
natureza possuem cargas que são múltiplos
inteiros da carga do eletrão
A Lei de Coulomb
A primeira constatação de que a interacção
entre cargas eléctricas obedece à lei de força
Sendo:
r - distância entre as cargas F - o módulo da força
Esta constatação foi feita por Priestley em 1766. Priestley observou que um recipiente metálico carregado, não possui cargas na superfície interna, não exercendo forças sobre uma carga colocada dentro dele.
A Lei de Coulomb
Medidas diretas da lei foram realizadas em 1785
por Coulomb, utilizando uma balança de torção.
A Lei de Coulomb
O resultado obtido por Coulomb pode ser
expresso como
q1 e q2 – grandeza escalar que são ao valor o sinal das respectivas cargas r1,2 - vector unitário da carga 1 para a carga 2
O Campo eléctrico
Consideremos a equação
aplicada à força sentida por uma carga q
0, devida
às N cargas q
1q
2 …q
nonde é a distância desde a carga até o ponto do espaço onde se encontra a carga e é o vector unitário apontando na direcção da linha que une as cargas e , no sentido de para
O Campo elétrico
A mesma equação pode ser escrita formalmente
como:
sendo:
O campo elétrico
Para que se possa observar, ou seja, medir, o
campo elétrico , é necessário posicionar uma
carga num determinado ponto do espaço, medir
a força sentida por esta carga e calcular a razão
supondo uma situação idealizada, onde a carga não altera o campo produzido pelas outras cargas
O campo eléctrico
a interação entre duas cargas ocorre em duas
etapas:
Primeiro a carga cria o campo ,
em seguida, a carga interage com o campo
Este processo é de fundamental importância em problemas dependentes do tempo, tendo em vista que os sinais eletromagnéticos se propagam-se, no vácuo, com a velocidade da luz
Linhas de campo
a visualização qualitativa do campo eléctrico
pode ser feita usando as chamadas linhas de
Linhas de campo
As linhas são tangentes, em cada ponto, à
direcção do campo eléctrico neste ponto.
A intensidade do campo é proporcional ao
número de linhas por unidade de área de
Linhas de campo
Linhas de campo de uma carga puntiforme positiva e de uma carga punctiforme negativa.
Linhas de campo
Fluxo do campo eléctrico
Campo uniforme atravessando uma superfície ortogonal de área A
Campo uniforme atravessando uma superfície, cuja
Lei de Gauss
O fluxo do campo elétrico através de uma superfície fechada é igual à carga total no interior dessa superfície dividida por ε0
Lei equivalente à lei de Coulomb.
Formulação inversa – através do conhecimento do campo podemos conhecer a carga total.
Permite-nos calcular o campo em problemas com distribuições simétricas de carga.
o
SF
ε
Q
=
dS
E
.
ε = 8.84×10−12 C2 N−1 m−2O campo elétrico é uma grandeza física.
Rodeia qualquer carga e estende-se até o infinito.
E=k
Q
r
2
F=qE
E=V /d
Os átomos de um material vão interferir no movimento dos eletrões e, portanto, também participarão das propriedades elétricas do material.
- Cargas elétricas (livres) podem movimentar-se sob a ação de campos elétricos e magnéticos, e em diversos ambientes.
- - No caso de eletrões movendo-se em resistências, em regime estacionário, sob a acção de um campo eléctrico
Campo eléctrico Deslocação
Define-se intensidade de corrente elétrica como a
quantidade de cargas que atravessa a secção reta de um condutor, por unidade de tempo. Isto é,
A corrente eléctrica por unidade de área transversal define o módulo do vector densidade de corrente J.
i=
q
t
J=
i
A
Carga Elétrica
A carga elétrica é uma propriedade fundamental da matéria.
As cargas eléctricas do protão, do eletrão e do neutrão são, respetivamente Qp = e = 1.6*10-19 C
Qe = -e = -1.6*10-19 C Qn = 0 C
as massas em repouso são
mp » mn = 1.672*10-24g me = 9.11*10-28
e os raios, assumindo-as esféricas, são rp » rn » re = 2.81*10-15m
Força Elétrica
A Lei de Coulomb estabelece que duas cargas elétricas
pontuais se atraem ou repelem com uma força cuja
intensidade é:
Campo Elétrico
O campo elétrico é uma medida da ação que uma
carga exerce sobre as cargas elétricas localizadas
no seu raio de ação.
E – campo eléctrico [ N/C ] q – carga [ C ]
Densidade de corrente e velocidade de deslocação
Supondo existirem ‘n’ electrões por unidade de volume; esta será a densidade de portadores do material.
A densidade de cargas no condutor será ‘ne’, e a carga total no segmento de condutor será
Dq = neAL
Um eletrão percorrerá este segmento no intervalo de tempo Dt = L/Vd
onde Vd é a velocidade de deslocamento. Da definição de corrente, obtém-se
i = Dq/Dt = neAVd Da definição de densidade de corrente, obtém-se
J = neVd A corrente é o fluxo da densidade de corrente!
Corrente elétrica
Chama-se corrente elétrica à carga elétrica em movimento
Para que a carga elétrica se desloque entre dois pontos de um
condutor é necessário que exista entre esses dois pontos uma
diferença de potencial.
Os dispositivos que provocam essa deslocação são chamados
Efeitos da corrente eléctrica
Efeito térmico - efeito de Joule
Produção de campo magnético
Efeito químico
Geradores
Eletrolíticos
Mecânicos
Função do gerador
Para que haja corrente eléctrica num condutor, é necessário que os iões ou eletrões fiquem
sujeitos a forças.
Estas forças decorrem da existência de um campo elétrico.
Os corpos ao serem formados de um número muito grande de partículas eletrizadas, a
distribuição dessas partículas nos átomos faz com que o campo resultante seja nulo no condutor.
Para que surja um campo no interior de um condutor, precisamos de um dispositivo gerador. Os iões positivos ficam sujeitos à força de mesmo sentido que o campo; os iões negativos
ficam sujeitos à força que tem sentido oposto ao do campo . Assim, pode haver movimento de iões positivos num sentido e de iões negativos em sentido oposto.
