Eletrosttica Processos de eletrizao ESTRUTURA ATMICA Prtons p

Eletrostática Processos de eletrização

ESTRUTURA ATÔMICA Prótons (p+) Nêutrons (n 0) Elétrons (e-)

Estrutura atômica Principais características dos átomos �Cada átomo é composto de um núcleo positivamente carregado, rodeado por elétrons negativamente carregados. �Os elétrons de todos os átomos são idênticos. Cada um deles possui mesma quantidade de carga negativa e a mesma massa. �Prótons e nêutrons constituem o núcleo. Os prótons são cerca de 1800 vezes mais massivos do que os elétrons, mas carregam consigo a mesma quantidade de carga positiva que os elétrons possuem de carga negativa. Os nêutrons possuem uma massa ligeiramente maior do que a dos prótons e não possuem carga elétrica. �Normalmente, os átomos possuem o mesmo número de prótons e elétrons, de modo que possuem carga elétrica líquida nula (átomo neutro).

Estrutura atômica Exemplo: O modelo de um átomo de hélio. O núcleo atômico é formado por dois prótons e dois nêutrons. Os prótons positivamente carregados atraem os dois elétrons negativamente carregados. A carga líquida deste átomo vale zero e, portanto, este átomo está eletricamente neutro.

Propriedade Física �Os prótons e os elétrons são portadores de carga elétrica.

Carga elementar e Quantidade de Carga Elétrica � 1 carga elétrica elementar (e) = 1, 6 x 10 -19 C (Coulomb). �A quantidade de carga elétrica de um corpo é dada pela expressão: Q = +/- n. e Onde: Q – quantidade de carga elétrica. e – carga elétrica elementar +/- número de prótons ou elétrons em excesso

Corpos neutros e corpos eletrizados �Os objetos materiais são formados por átomos, o que significa que eles são constituídos de elétrons e prótons (e nêutrons). �Um objeto neutro possui mesmo número de elétrons e prótons. �Um corpo eletrizado (ou eletricamente carregado) apresenta um desequilíbrio nos números de prótons e elétrons.

Corpos neutros e corpos eletrizados Corpo negativamente carregado: número de elétrons superior ao número de prótons. Corpo positivamente carregado: número de prótons superior ao número de elétrons.

Corpo eletricamente neutro Corpo eletrizado positivamente Corpo eletrizado negativamente

PRINCÍPIO FUNDAMENTAL DA ELETROSTÁTICA �Corpos de sinais iguais se repelem. �Corpos de sinais diferentes se atraem.

Condutores e isolantes

Condutores e isolantes �Nos condutores, um ou mais dos elétrons das camadas mais externas desses átomos não estão firmemente presos aos núcleos. Estes elétrons são também chamados de elétrons livres. �Em outros materiais, borracha e vidro, por exemplo, os elétrons estão firmemente ligados aos núcleos. Estes materiais são chamados de isolantes.

Processos de eletrização �Eletrização é o processo no qual um corpo, inicialmente neutro, é eletrizado. �Neste processo os elétrons são adicionados ou removidos de um corpo. �Existem três processos de eletrização: Atrito, contato e indução.

Processos de eletrização Eletrização por atrito Ocorre quando atritamos dois corpos de substâncias diferentes (ou não), inicialmente neutros, e haverá transferência de elétrons de um corpo para o outro, de tal forma que um corpo fique eletrizado positivamente (cedeu elétrons), e outro corpo fique eletrizado negativamente (ganhou elétrons)

Processos de eletrização �Ex: Lã e vidro Aoatritar Inicialmente final do a lã objetos e o vidro temos dois Ao osprocesso dois osestão elétrons corpos neutros eletrizados. e, portanto, O em vidro cada carregado objeto são transferidos do vidro para a lã. positivamenteoemesmo encontramos a lã negativamente. número de prótons e elétrons.

Processos de eletrização Eletrização por contato Ocorre quando um corpo eletrizado é colocado em contato com um corpo neutro. O excesso de carga do corpo eletrizado é distribuído entre os dois corpos. Quando os dois corpos possuem as mesmas dimensões, a carga é igualmente distribuída.

Processos de eletrização Eletrização por contato Exemplo 1: Corpo eletrizado negativamente A O sinal negativo representa o excesso de elétrons no corpo A. Corpo A (Eletrizado Negativamente) B Corpo B (neutro)

Processos de eletrização Eletrização por contato Exemplo 1: Corpo eletrizado negativamente A B Os elétrons emprocesso excesso temos do corpo A corpos são transferidos Ao final do dois para o corpo Bcom atécargas que ambos possuam a mesma eletrizados de sinais iguais. carga elétrica (corpos idênticos).

Processos de eletrização Eletrização por contato Exemplo 2: Corpo eletrizado positivamente A O O sinal corpo B positivo possui o representa mesmo o excesso número de prótons no e corpo elétrons. A. Corpo A (Eletrizado positivamente) B Corpo B (neutro)

Processos de eletrização Eletrização por contato Exemplo 2: Corpo eletrizado positivamente A B Quando o contato é estabelecido entre os dois corpos, os elétrons de B são transferidos para A. Cada elétron transferido de B neutraliza um próton em excesso de A

Processos de eletrização Eletrização por contato Exemplo 2: Corpo eletrizado positivamente A B Cada elétron neutraliza um próton. Quando o contato é estabelecido entre os dois corpos, Ao final do processo temos dois corpos os elétrons de B são transferidos para A. Cada elétron eletrizados com cargas de sinais iguais. transferido de B neutraliza um próton em excesso de A.

Processos de eletrização Eletrização por Indução Quando um objeto negativamente carregado é colocado próximo a uma superfície condutora, os elétrons se movimentam pela superfície do material, mesmo não havendo contato físico. Este é o princípio utilizado na eletrização por indução Bastão carregado negativamente

Processos de eletrização Eletrização por Indução Quando Considere Sendo assim, umduas bastão asesferas negativamente metálicas possuemque eletrizado o mesmo estejam é se tocando, trazido númeropara de de elétrons modo perto das que e prótons. esferas, efetivamente os elétrons formem livres um único se movimentam condutor não-eletrizado. devido à repulsão elétrica. 4 prótons em excesso 4 elétrons em excesso

Processos de eletrização Eletrização por Indução Se as esferas foremnegativamente separadas comeletrizado o bastão é Quando um bastão ainda elas igualmente trazidopresente, para perto dasficarão esferas, os elétrons livres carregadas, masdevido com cargas de sinais opostos. se movimentam à repulsão elétrica. 4 prótons em excesso 4 elétrons em excesso

Processos de eletrização Eletrização por Indução – aterramento É possível eletrizar uma única esfera por indução se a tocarmos enquanto as cargas encontram-se separadas. OAobastão carregado Ao final doa processo apositivamente esferasão tocar esfera, elétrons provoca a separação de cargas possui excesso de elétrons. transferidos. na esfera

Processos de eletrização Eletrização por Indução – aterramento Este processo pode ser realizado com um fio ligado à terra (aterramento). Os elétrons serão transferidos da esfera terra para a terra esferaseseo ofiofiofor ligado do lado negativo. positivo. Logo, a esfera Logo, ficará a esfera ficará carregada negativamente. positivamente.

Os raios

Os raios • Aonuvem passar nas �Uma pode serproximidades eletrizar a partir da das superfície colisões entre as partículas que a constitui. terrestre, a nuvem induz cargas de sinal �Experiências contrário. realizadas com balões mostram que as nuvens de tempestades (responsáveis pelos raios) apresentam, geralmente, cargas elétricas positivas na parte superior e negativas na inferior.

Os raios • Ao passar nas proximidades da superfície terrestre, a nuvem induz cargas de sinal contrário. O raio – ou descarga elétrica – é constituído de elétrons que, neste caso, são transferidos da nuvem para a superfície terrestre.

Os raios Descarga elétrica da nuvem para o solo

Campo Elétrico Conceito e Matemática

Como uma carga “sabe” que a outra está lá? �Mesmo à distância, elas se atraem ou se repelem. �Ainda não foi descoberto “nada material” entre elas. FEL

Para responder isso, dois esclarecimentos: �Outras dimensões não é coisa de filme de ficção científica. �Analogia: garotos jogando bolinha de gude. . .

Analogia das Bolinhas de Gude �Um rapaz observa da janela de um prédio. .

Analogia das Bolinhas de Gude �. . . um menino jogar bolinhas de gude num tanque de areia.

Analogia das Bolinhas de Gude �Ele percebe que as bolinhas são “REPELIDAS” por certos lugares e “ATRAÍDAS” por outros. �Qual é a explicação para isso?

Analogia das Bolinhas de Gude �Simples! Morros e buracos na areia, e a atração da gravidade!

Através do quê as cargas “percebem-se” umas às outras? �Deformações no espaço-tempo em outras dimensões. �Essas deformações são chamadas CAMPOS ELÉTRICOS

Calculando o campo elétrico. � Q está gerando um campo elétrico. � q está recebendo este campo. �Se trocarmos q por 5 C, qual será a força que receberá devido ao MESMO campo, q = 4 C no mesmo local? + Q + FEL = 10 N �Não use regra-de-três!

Calculando o campo elétrico. � O campo elétrico gerado por Q produz 10 N para 4 C, ou seja, 10 N ÷ 4 C = 2, 5 N/C. � Dizemos que o campo elétrico E = 2, 5 N/C. � Logo, com 5 C, teremos 5× 2, 5 = 12, 5 N de força sobre q. Q + q = 5 C + /C N 5 , 2 = E FEL = 12, 5 N �Logo, campo elétrico E = F/q �q está “recebendo” o campo.

Calculando o campo elétrico. �O campo existe mesmo sem q no local. �É uma grandeza vetorial. Q + /C N 5 , 2 = E �E = F/q �F = k. Qq/d² �Então: E = k. Q/d² �Q é a carga que gera o campo.

Soma de campo elétrico. - ER E 1 + E 2 �Para saber a direção do campo das cargas Q, pense numa carga q de teste positiva. �Se o ângulo for 90 o, o campo resultante é obtido por Pitágoras. Se não:

Energia Potencial Elétrica Conceito e Matemática

Energia potencial elástica. �Quando esticamos o elástico, “guardamos” energia nele. �A energia é transferida para o carrinho, que ganha velocidade.

Energia potencial ELÉTRICA �Como um elástico esticado, duas cargas também “guardam” energia. FEL �A energia potencial elétrica é dada por EP = k·Q·q/d

Voltagem Também conhecido como POTENCIAL ou TENSÃO. Conceito e Matemática

Calculando a voltagem. � Q está gerando um campo elétrico. � q está recebendo este campo. � Por causa disso, q possui certa ENERGIA EP. � Se trocarmos q por 3 C, qual será a energia que terá devido ao MESMO campo, no mesmo local? Q + q = 5 C + EP = 20 J �Não use regra-de-três!

Calculando a voltagem. � O campo elétrico gerado por Q produz 20 J para 5 C, ou seja, 20 J ÷ 5 C = 4 J/C. � Dizemos que o POTENCIAL naquele ponto é U = 4 J/C ou 4 Volts. � Logo, com 3 C, teremos 3× 4 = 12 J de energia em q. Q + q = 5 C + U = V 4 FEL = 12, 5 N �Logo, campo elétrico U = EP/q �q está “recebendo” o campo.

Voltagem = POTENCIAL. �O potencial existe mesmo sem q no local. �É uma grandeza escalar. �É negativo se Q for negativo. Q + U = V 4 �U = EP/q �EP = k. Qq/d �Então: U = k. Q/d �Q é a carga que gera o campo.

Exercícios: Dois corpos, A e B, de materiais diferentes, inicialmente neutros, são atritados entre si, isolados de outros corpos. Após o atrito: a) ambos ficam eletrizados negativamente. b) ambos ficam eletrizados positivamente. c) um fica eletrizado negativamente e o outro continua neutro. d) um fica eletrizado positivamente e o outro continua neutro. e) um fica eletrizado positivamente e o outro, negativamente.

Quatro esferas metálicas idênticas (A, B, C e D) estão isoladas uma das outras. As esferas A, B e C estão neutras e a esfera D possui carga Q. As cargas finais de D se entrar em contato: i) sucessivo com A, B e C e ii) simultâneo com A, B e C, respectivamente, são: a. Q/4 e Q/4 b. Q/4 e Q/8 c. Q/2 e Q/2 d. Q/8 e Q/4 e. Q/8 e Q

Três esferas condutoras idênticas I, II e III têm, respectivamente, as seguintes cargas elétricas: 4. q, -2. q e 3. q. A esfera I é colocada em contato com a esfera II e, logo em seguida, é encostada à esfera III. Pode-se afirmar que a carga final da esfera I será: a. q b. 2 q c. 3 q d. 4 q e. 5 q

Durante uma aula de Física, o Professor Carlos Heitor faz a demonstração de eletrostática que se descreve a seguir. Inicialmente, ele aproxima duas esferas metálicas, R e S, eletricamente neutras, de uma outra esfera isolante, eletricamente carregada com carga negativa, como representado na Figura I. Cada uma dessas esferas está apoiada em um suporte isolante. Em seguida, o professor toca o dedo, rapidamente, na esfera S, como representado na Figura II. Isso feito, ele afasta a esfera isolante das outras duas esferas, como representado na Figura III. Considerando-se essas informações, é CORRETO afirmar que, na situação representada na Figura III, A) a esfera R fica com carga negativa e a S permanece neutra. B) a esfera R fica com carga positiva e a S permanece neutra. C) a esfera R permanece neutra e a S fica com carga negativa. D) a esfera R permanece neutra e a S fica com carga positiva.

Duas cargas elétricas puntiformes estão separadas por uma distância d. Esta distância é alterada até que a força entre as cargas fique quatro vezes maior. A nova separação entre as cargas é de: a) 4 d b) 2 d c) 0, 5 d d) 0, 25 d e) 3 d