UFOPA – IEG – PC
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Carga e Matéria
Cássio D. B. Pinheiro
Visão Geral e Conceitos
●
Um átomo possui
várias órbitas.
●
Cada órbita contém
uma quantidade de
elétrons.
●
Um átomo pode
Visão Geral e Conceitos
●
Átomos com poucos
elétrons na última
camada têm facilidade
de perder elétrons.
●
Átomos com muitos
elétrons na última
Visão Geral e Conceitos
●
Átomos com cargas positivas, sendo
aproximados aos com carga negativa, tendem a
movimentar seus elétrons da última camada.
●
Quando os elétrons passam a ter um movimento
ordenado:
–
Dão origem à corrente elétrica.
Princípios da Eletrostática
●
Atração e Repulsão - Lei de Du Fay
–
Partículas com cargas elétricas do mesmo sinal se
repelem mutuamente.
Princípios da Eletrostática
●
Atração e Repulsão - Lei de Du Fay
Princípios da Eletrostática
●
Conservação de Cargas Elétricas
–
Num sistema
eletricamente
isolado, mesmo que
haja transferência de
carga de um corpo
Princípios da Eletrostática
Condutores e Isolantes
●
Condutores Elétricos
–
São meios materiais onde as cargas elétricas movimentam-se
com facilidade.
–
Os elétrons estão fracamente ligados aos átomos.
–Tem maior facilidade em conduzir a eletricidade.
●
●
●
Quanto maior for a quantidade de
Condutores e Isolantes
●
Condutores Elétricos
–
Metais.
Condutores e Isolantes
●
Isolantes Elétricos ou Dielétricos
–
São meios materiais onde as cargas elétricas não
têm facilidade de movimentação.
–
Os elétrons estão ligados
fortemente ao átomo.
Condutores e Isolantes
●
Semicondutores
–
São sólidos geralmente cristalinos de
condutividade elétrica intermediária entre
condutores e isolantes.
–
Quando puros e cristalinos, a temperaturas
muito baixas, são excelentes isolantes.
–
Podem ser tratados quimicamente (dopagem)
de forma a tornarem-se tão condutores quanto
o necessário à temperatura ambiente
(dopagem).
–
Seu emprego é importante na fabricação de
Condutores e Isolantes
Condutores e Isolantes
●
Supercondutividade
–
Propriedade física de certos
materiais que, quando
resfriados a temperaturas
extremamente baixas, tendem
a conduzir corrente elétrica
sem resistência nem perdas.
–
A corrente elétrica fuindo em
um circuito feito de fos
supercondutores pode
Condutores e Isolantes
Eletrização de um Corpo
●
É semelhante ao de um átomo.
–
Quando o número de
prótons for igual ao
número de elétrons,
dizemos que ele está
neutro.
–
Quando apresenta uma
falta ou um excesso de
Eletrização de um Corpo
●
Q
é sempre um número inteiro
n
de
elétrons, de modo que:
Q = n.e
●
Um corpo pode ser:
–
Eletrizado positivamente
●
Falta de elétrons
●Q = + n.e
Eletrização de um Corpo
●
Processos de Eletrização
–
O processo de retirar ou acrescentar elétrons a um
corpo neutro para que este passe a estar eletrizado
denomina-se eletrização.
–
A eletrização de um
corpo inicialmente
neutro pode ocorrer de
três maneiras:
Eletrização por Atrito
●
Foi o primeiro processo de eletrização
conhecido.
●
Quando dois corpos de naturezas diferentes são
atritados, ambos se eletrizam.
●
Os corpos adquirem a mesma quantidade de
Eletrização por Atrito
●
Série Triboelétrica
–
É uma lista onde são
encontrados alguns
materiais em ordem que
obedece à propriedade de
doar ou receber elétrons.
–
Usada para determinar que
tipo de carga um corpo
Eletrização por Contato
●
Processo capaz de eletrizar um corpo através
do contato.
●
Dois corpos condutores, sendo pelo menos um
deles eletrizado, são postos em contato:
–
A carga elétrica tende a se
estabilizar, sendo
redistribuída entre os dois;
Eletrização por Contato
●
Se um corpo neutro é colocado em contato com
um corpo eletrizado, o corpo neutro se eletriza.
●
Se os corpos tiverem mesma forma e mesmas
dimensões, a carga fnal será:
–
Igual para os dois;
Eletrização por Contato
●
Um corpo eletrizado em contato com a terra
será neutralizado.
–
Se tiver falta de
elétrons, estes
serão doados pela
terra;
Eletrização por Indução
●
Processo de eletrização totalmente baseado no
princípio da atração e repulsão.
–
A eletrização ocorre
apenas com a
aproximação de um
corpo eletrizado
Eletrização por Indução
●
No fenômeno chamado indução eletrostática:
–
Quando um corpo neutro é colocado próximo de um
corpo eletrizado, sem que haja contato entre eles, o
corpo neutro se eletriza.
Eletrização por Indução
●
Processo é dividido em 4 etapas:
–
Aproximar um bastão eletrizado de um corpo
inicialmente neutro.
●
Os elétrons livres do induzido são atraídos/repelidos,
dependendo do sinal da carga do indutor.
–
Ligar o induzido à terra, ainda na presença do
indutor.
–
Desligar o induzido da terra, fazendo com que sua
única carga seja a do sinal oposto ao indutor.
–
Após pode-se retirar o indutor das proximidades.
●
O induzido estará eletrizado com sinal oposto à carga do
indutor;
Eletroscópios
●
São instrumentos destinados a verifcar a
existência de carga elétrica em um
determinado corpo.
●
Um dos mais conhecidos é do tipo folhas.
–
Formado por duas fnas lâminas de
ouro presas numa das extremidades de
uma haste metálica.
–
Na outra extremidade da haste é presa
uma esfera de material condutor.
Eletroscópios
Equilíbrio Eletrostático
●
Em um condutor em equilíbrio eletrostático as
carga se localizam na superfície.
–
Blindagem Eletrostática.
Equilíbrio Eletrostático
Lei de Coulomb
●
Defnida pelo físico francês Charles Augustin
de Coulomb (1736-1806) no ano de 1785.
●
O experimento media as forças elétricas entre
duas pequenas esferas carregadas.
–
Primeira análise
quantitativa das forças
entre cargas elétricas;
–
Descobriu que a força
dependia do valor das
Lei de Coulomb
●
O Experimento usou o seguinte arranjo, onde:
–
Uma esfera com carga elétrica
q
1
é
posta na extremidade de uma
pequena barra mantida em
equilíbrio por uma esfera de mesma
massa na extremidade oposta;
–
Outra esfera fxa contém
determinada carga elétrica
q
2
;
–
O conjunto é suspenso por um fo
Lei de Coulomb
●
Coulomb verifcou que força de atração ou de
repulsão entre dois corpos é diretamente
proporcional às cargas e inversamente
proporcional ao quadrado da distância entre eles.
Onde:
–
F
→
Força elétrica (
N
)
Lei de Coulomb
●
Sejam duas cargas elétricas, não necessariamente
iguais
q
1
e
q
2
, separadas por uma distância
r
.
–
A força de atração (ou repulsão) é:
–
Tendo como constante de proporcionalidade:
Lei de Coulomb
●
Para determinar se as forças são de atração ou
de repulsão utiliza-se o produto de suas cargas,
da seguinte forma:
Q1.Q2 > 0
→
Repulsão
Exercícios de Fixação (1)
●
Um isolante elétrico:
a) Não pode ser carregado eletricamente;
b) Não contém elétrons;
c) Tem de estar no estado sólido;
Exercícios de Fixação (2)
●
Considere duas esferas metálicas idênticas. A
carga elétrica de uma é
Q
e a da outra é
-2Q
.
Colocando-se as duas esferas em contato, a
carga elétrica da esfera que estava, no início,
carregada positivamente fca igual a:
a)
3Q/2
b)
Q/2
c)
-Q/2
Exercícios de Fixação (3)
●
Duas pequenas esferas metálicas idênticas, inicialmente neutras,
encontram-se suspensas por fos inextensíveis e isolantes.
Um jato de ar perpendicular ao plano da fgura é lançado durante
certo intervalo de tempo sobre as esferas. Observa-se então que
ambas as esferas estão fortemente eletrizadas. Quando o sistema
alcança novamente o equilíbrio estático, podemos afrmar que as
tensões nos fos:
Exercícios de Fixação (4)
●
Considere duas partículas carregadas respectivamente com
+2,5µC
e
-1,5µC
, dispostas conforme mostra a fgura abaixo:
Qual a intensidade da força que atua sobre a carga
Q
2?
Resolução
:
–
Analisando os sinais das cargas pode-se concluir que a força
Exercícios de Fixação (5)
●
Determine a magnitude da
força elétrica em um elétron
no átomo de hidrogênio,
exercida pelo próton situado
no atômico. Assuma que a
órbita eletrônica tem raio de
d = 0,5.10
-10
m
.
Resolução
:
–
Sabe-se que a carga elétrica do
elétron é
-1,6.10
-19
C e a carga do
Exercícios de Fixação (6)
●
Quando a distância entre duas cargas elétricas
iguais é dobrada, o módulo da força elétrica
entre elas muda de
F
para:
a)
F/4
b)
F/2
c)
2F
Exercícios de Fixação (7)
●
