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Franciele santana - 03627975529 Prof. Ágatha Bouças Aula 11 1 de 61| www.direcaoconcursos.com.br Física Aula 11 – Eletricidade Física para Professor Prof. Ágatha Bouças Franciele santana - 03627975529 Prof. Ágatha Bouças Aula 11 2 de 61| www.direcaoconcursos.com.br Física Sumário SUMÁRIO ..................................................................................................................................................2 ELETRICIDADE .......................................................................................................................................... 3 CONCEITOS INICIAIS ................................................................................................................................................ 3 Noções de carga elétrica .................................................................................................................................. 3 Corpo eletrizado e corpo eletricamente neutro .................................................................................................. 4 Carga elétrica elementar .................................................................................................................................. 5 Princípios da eletrostática ................................................................................................................................ 5 Processos de eletrização .................................................................................................................................. 6 LEI DE COULOMB ................................................................................................................................................. 11 Força elétrica entre duas cargas ..................................................................................................................... 11 Constante eletrostática .................................................................................................................................. 13 CAMPO ELÉTRICO ................................................................................................................................................. 14 Linhas de força .............................................................................................................................................. 16 Campo elétrico gerado por várias cargas ......................................................................................................... 17 Campo elétrico uniforme ................................................................................................................................ 18 ENERGIA POTENCIAL ELÉTRICA E TRABALHO DA FORÇA ELÉTRICA ................................................................................. 19 Potencial elétrico ........................................................................................................................................... 20 CAPACITÂNCIA ..................................................................................................................................................... 24 Energia armazenada em capacitores .............................................................................................................. 25 PROPRIEDADES DOS CONDUTORES EM EQUILÍBRIO ELETROSTÁTICO .............................................................................. 26 QUESTÕES COMENTADAS PELO PROFESSOR ......................................................................................... 28 LISTA DE QUESTÕES............................................................................................................................... 47 GABARITO .............................................................................................................................................. 55 RESUMO DIRECIONADO ......................................................................................................................... 56 Franciele santana - 03627975529 Prof. Ágatha Bouças Aula 11 3 de 61| www.direcaoconcursos.com.br Física Eletricidade Conceitos iniciais Noções de carga elétrica Todo corpo é composto por átomos. Por sua vez, átomo é a unidade básica da matéria, isto é, a menor parcela em que um elemento pode ser dividido sem perder suas propriedades químicas. Ele é formado por um núcleo, onde ficam os prótons e os nêutrons, envolto por uma nuvem chamada eletrosfera, composta por elétrons. Observe: • Prótons (p): partículas com carga elétrica positiva (+); • Nêutrons (n): partículas neutras (sem carga elétrica); • Elétrons (e): partículas com carga elétrica negativa (-) e em constante movimento orbital em volta no núcleo. Sendo assim, a carga elétrica é uma propriedade das partículas elementares que compõem o átomo, sendo que a carga do próton é positiva e a do elétron, negativa. Como o elétron está em constante movimento em torno do núcleo, veremos mais adiante, que quando houver uma interação entre corpos de cargas elétricas distintas, ele que irá se deslocar de um corpo para o outro até atingir o equilíbrio eletrostático. Enquanto isso, os prótons ficarão fixo no núcleo do átomo. A carga elétrica é uma propriedade das partículas elementares que compõem o átomo, sendo que a carga do próton é positiva e a do elétron, negativa. Franciele santana - 03627975529 Prof. Ágatha Bouças Aula 11 4 de 61| www.direcaoconcursos.com.br Física Agora que sabemos o que é carga elétrica e elétrons, podemos definir o que é um condutor elétrico e um isolante elétrico (dielétrico). Enquanto os condutores permitem a movimentação dos elétrons, os isolantes dificultam essa movimentação, ou seja, a passagem da eletricidade. Ex.: • Condutor elétrico: metais, gases ionizados, soluções eletrolíticas... • Isolante elétrico ou dielétrico: porcelana, borracha, ar, vidro... Corpo eletrizado e corpo eletricamente neutro Um corpo pode estar eletrizado positivamente, negativamente ou neutro. Dizemos que um corpo é eletrizado quando a soma de toda a carga elétrica dele é diferente de zero. Se o número de prótons (Np) for maior que o número de elétrons (Ne), será eletrizado positivamente; se o número de elétrons (Ne) for maior que o número de prótons (Np), será eletrizado negativamente. Um corpo é eletricamente neutro quando a soma de toda a carga elétrica dele é zero, ou seja, o número de prótons (Np) é igual ao número de elétrons (Ne). CUIDADO! É muito comum uma pegadinha da banca, dizendo que um corpo neutro NÃO TEM carga. Não caia nessa! O corpo neutro tem carga sim, porém cargas positivas e cargas negativas na mesma quantidade (Np=Ne). Assim, se um corpo tiver com dois elétrons e dois prótons, é um corpo neutro, pois se você somar a carga desses elétrons com as dos prótons, dará zero. Porém, se um corpo tiver dois elétrons e um próton, é eletrizado, pois a soma dessas cargas dá -1, ou seja, diferente de zero. Veja: • Eletrizado positivamente: Np>Ne • Eletrizado negativamente: Np<Ne • Neutro: Ne=Np Franciele santana - 03627975529 Prof. Ágatha Bouças Aula 11 5 de 61| www.direcaoconcursos.com.br Física Carga elétrica elementar Um próton e um elétron, embora tenham sinais opostos, têm valores absolutos iguais. O valor da carga de um próton ou um elétron é chamado carga elétrica elementar (e), sendo a menor quantidade de carga encontrada na natureza. A unidade de medida adotada no S.I para a medida de cargas elétricas é o coulomb (C). Além disso, temos que a carga elétrica é quantizada, ou seja, ela é sempre um múltiplo inteiro da carga elementar. Então, podemos definir a carga elétrica de um corpo (Q) pela relação:(n=1, 2, 3, 4 ...) Onde: Q= Carga elétrica n= quantidade de cargas elementares (somente números inteiros) e= carga elétrica elementar ( ) Princípios da eletrostática Na eletrostática temos dois princípios muito importantes: o princípio da atração e da repulsão e o princípio da conservação das cargas elétricas. O Princípio da atração e da repulsão demonstra que cargas elétricas de mesmo sinal se repelem e de sinais contrários se atraem. Franciele santana - 03627975529 Prof. Ágatha Bouças Aula 11 6 de 61| www.direcaoconcursos.com.br Física O Princípio da conservação das cargas elétricas demonstra que, em um sistema isolado eletricamente (não recebe e nem cede cargas elétricas para o exterior), a soma de todas as cargas elétricas permanece constante, mesmo que sejam alteradas as quantidades de cargas entre os corpos do sistema. Veja: Processos de eletrização Vimos que um corpo é neutro quando o número de prótons (carga positiva) é igual ao número de elétrons (carga negativa) e que um corpo é eletrizado quando recebe ou perde elétrons. Os processos de eletrização são métodos onde um corpo deixa de ser eletricamente neutro e passa a estar carregado positivamente ou negativamente. Como vimos anteriormente, são os elétrons que se movimentam, enquanto os prótons ficam fixos, ou seja, a eletrização ocorre pela mudança no número de elétrons e não pela mudança no número de prótons. Existem três tipos de eletrização que vamos estudar a seguir: por atrito, por contato e por indução. Eletrização por Atrito O processo de eletrização por atrito acontece quando esfregamos dois corpos de materiais distintos um no outro. O que acontece é que alguns elétrons livres migram de um corpo para o outro, ficando carregado negativamente o corpo que recebeu esses elétrons e ficando carregado positivamente o corpo que perdeu tais elétrons. Veja a imagem abaixo: Franciele santana - 03627975529 Prof. Ágatha Bouças Aula 11 7 de 61| www.direcaoconcursos.com.br Física Para identificar qual corpo vai ganhar ou perder elétrons, é preciso saber de que material é constituído o corpo. Para facilitar essa identificação foram elaboradas séries triboelétricas: Nesta série, localizamos os elementos atritados entre si e comparamos suas posições. O elemento que está mais acima adquire carga positiva, enquanto o elemento atritado que se localiza mais abaixo adquire carga negativa. Não é necessário que você decore essa tabela. Se for preciso, ela virá na prova. No final desse processo, os corpos ficam com mesma carga elétrica de sinais opostos. Franciele santana - 03627975529 Prof. Ágatha Bouças Aula 11 8 de 61| www.direcaoconcursos.com.br Física Eletrização por Contato A eletrização por contato é importante somente para condutores elétricos. Este tipo de eletrização ocorre quando um corpo condutor eletrizado entra em contato com outro corpo condutor, sendo parte da carga do corpo eletrizado transferida para o outro corpo. Veja a imagem abaixo: No final desse processo, os corpos envolvidos ficam carregados com cargas de mesmo sinal e a quantidade de carga elétrica em cada corpo depende da dimensão e forma de cada corpo. Lembre-se que o princípio da conservação das cargas elétricas vale aqui também. Então, temos: e Onde: Qa= carga elétrica inicial da esfera A Qb= carga elétrica inicial da esfera B Qa’= carga elétrica final da esfera A Qb’= carga elétrica final da esfera B Ra= raio da esfera A Rb= raio da esfera B Exemplo Uma esfera A de raio 2R carregada com carga positiva Q é colocada em contato com uma outra esfera B de raio R inicialmente neutra, idêntica a primeira. Após o contato, as esferas são novamente separadas. A carga elétrica final da esfera A é igual a duas vezes a carga elétrica final da esfera B. Resolução: Ao serem colocadas em contato, parte da carga elétrica será transferida de uma esfera para a outra em função do raio: Qa + Qb = Qa’ + Qb’ 𝐐𝐚′ 𝐑𝐚 = 𝐐𝐛′ 𝐑𝐛 Franciele santana - 03627975529 Prof. Ágatha Bouças Aula 11 9 de 61| www.direcaoconcursos.com.br Física 𝑄𝑎′ 2𝑅 = 𝑄𝑏′ 𝑅 Qa’= 2.Qb’ Pelo princípio da conservação das cargas elétricas, temos: Q + 0 = Qa’ + Qb’ Q = Qa’ + Qb’ Q= 2.Qb’ + Qb’ Q= 3.Qb’ Qb’= Q/3 Qa’= 2Q/3 Assim, a esfera A ficará carregada com carga positiva e igual a 2Q/3 e a esfera B com carga positiva e igual a Q/3. Resposta: CERTO Quando os corpos envolvidos na eletrização por contato são condutores de mesmas dimensões e mesma forma, ao final do processo, terão cargas de mesmo valor. Exemplo Uma esfera A de raio R carregada com carga positiva Q é colocada em contato com uma outra esfera B de raio R inicialmente neutra, idêntica a primeira. Após o contato, as esferas são novamente separadas. Ao final do processo de eletrização, a carga elétrica da esfera A será igual a carga elétrica da esfera B, sendo seu valor em módulo igual a Q. Resolução: Ao serem colocadas em contato, parte da carga elétrica será transferida de uma esfera para a outra em função do raio: 𝑄𝑎′ 𝑅 = 𝑄𝑏′ 𝑅 Qa’= Qb’ Pelo princípio da conservação das cargas elétricas, temos: Franciele santana - 03627975529 Prof. Ágatha Bouças Aula 11 10 de 61| www.direcaoconcursos.com.br Física Q + 0 = Qa’ + Qb’ Q = Qa’ + Qb’ Q= Qb’ + Qb’ Q= 2.Qb’ Qb’= Qa’= Q/2 Assim, a esfera A e B ficarão carregadas com carga positiva e igual a Q/2. Resposta: ERRADA Eletrização por Indução O processo de eletrização por indução ocorre sem contato entre os corpos, sendo apenas por aproximação. Um corpo eletrizado (indutor) é aproximado de um condutor (induzido) inicialmente neutro, induzindo neste uma distribuição de cargas. Veja a figura o exemplo abaixo: Incialmente, o corpo indutor A está carregado negativamente e corpo B neutro. Ao aproximar o indutor A, as cargas elétricas no corpo induzido B são distribuídas de forma que as cargas de sinais positivos são atraídas pelo indutor A e as cargas de sinais negativos são afastadas. Mantendo ainda o indutor A próximo, liga-se um fio-terra ao corpo B, fazendo suas cargas negativas escoarem em direção a terra e deixando-o carregado com carga positiva. N final do processo, desconecta-se o fio-terra e depois afasta o corpo A, resultando na eletrização do condutor B. Note que a carga final do induzido sempre é contrária à carga do indutor. Franciele santana - 03627975529 Prof. Ágatha Bouças Aula 11 11 de 61| www.direcaoconcursos.com.br Física Os processos de eletrização são métodos onde um corpo deixa de ser eletricamente neutro e passa a estar carregado positivamente ou negativamente. Podem ser por: Atrito: cargas finais iguais de sinais opostos Contato: cargas finais de mesmo sinal Indução: cargas finais de sinais opostos Quando os corpos envolvidos na eletrização por contato são condutores de mesmas dimensões e mesma forma, ao final do processo, terão cargas de mesmo valor. Lei de Coulomb Força elétrica entre duas cargas Já estudamos que cargas de mesmos sinais se atraem e cargas de sinais opostos se repelem. Agora, veremos com qual intensidade de força ocorrerá essas interações através da lei de coulomb. A lei de Coulomb abrange os estudos sobre a força eletrostática entre partículas eletricamente carregadas: A intensidade da força de ação mútua entre duas cargas elétricas puntiformes (de massas e dimensões desprezíveis) é diretamente proporcional ao produto dos valores absolutos das cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância que as separa. A partir do enunciado podemos escrever a fórmula que define o módulo da força eletrostática entre duas cargas puntiformes: Onde: • F= força eletrostática, em newton(N) • K= constante eletrostática. Seu valor no vácuo é 9.109 N.C² / m² • Q1 e Q2= cargas elétricas em interação, em coulomb (C) • d= distância entre as cargas, em metros (m) |�⃗�| = 𝐾. |𝑄1|. |𝑄2| 𝑑² Franciele santana - 03627975529 Prof. Ágatha Bouças Aula 11 12 de 61| www.direcaoconcursos.com.br Física OBS: Nessa fórmula, Q1 e Q2 são tomadas em valor absoluto; seus sinais apenas indicam se a força é de atração ou de repulsão. A força terá a mesma intensidade em ambas as cargas, sua direção é sempre a da linha que liga as duas cargas e o sentido irá depender do tipo de força, se de repulsão ou atração, de acordo com o princípio da ação e reação. Veja a seguir duas cargas puntiformes sofrendo atração (figura de cima) e repulsão (figura debaixo): Note que a força eletrostática é inversamente proporcional ao quadrado da distância. Sendo assim, fixando-se os valores de Q1 e Q2 e variando apenas a distância d, a intensidade da força também varia. Observe que, dobrando-se a distância, a intensidade da força eletrostática fica quatro vezes menor; triplicando-se a distância, a intensidade da força eletrostática fica nove vezes menor, e assim por diante. O quadro a seguir apresenta esses valores. Assim, o gráfico da força eletrostática pela distância será: Franciele santana - 03627975529 Prof. Ágatha Bouças Aula 11 13 de 61| www.direcaoconcursos.com.br Física Constante eletrostática A constante eletrostática (K) depende do meio onde as cargas estão inseridas e do sistema de unidades adotado. Ela pode ser escrita da seguinte maneira: Onde: • ε =permissividade elétrica do meio. A permissividade elétrica no vácuo é igual a 8,85.10-12 F/m. Calculando a constante eletrostática do vácuo de acordo com a fórmula, temos: Ko= 1 4.𝜋.8,85.10−12 = 9,0.109 N.C²/m² A constante eletrostática do vácuo igual a 9.109 N.C²/m², sendo a mais comum de aparecer nas questões. A fórmula da força eletrostática entre duas cargas pode ser reescrita, substituindo a constante eletrostática K, da seguinte forma: Abaixo segue uma tabela com os valores das permissividades elétricas de acordo com o meio: (OBS: não precisa decorar essa tabela) K= 𝟏 𝟒𝝅𝜺 |�⃗�| = 1 4𝜋𝜀 . |𝑄1|. |𝑄2| 𝑑² Franciele santana - 03627975529 Prof. Ágatha Bouças Aula 11 14 de 61| www.direcaoconcursos.com.br Física Campo elétrico Existe na natureza duas classificações para a grandeza vetorial força: as forças de contato que são aquelas que agem sobre os corpos necessariamente em contato com os corpos e as forças de campo que agem à distância, sem que precise que haja contato entre os corpos. As forças de campo são: • Força magnética: força de atração ou repulsão exercida pelos ímãs ou objetos magnéticos. • Força gravitacional: força de atração mútua entre os corpos físicos do universo. • Força elétrica: força de atração ou repulsão mútua entre duas cargas elétricas puntiformes. Um campo é uma região no espaço onde ocorrem certas interações expressas por um vetor que possui módulo, direção e sentido. Assim, campo elétrico é o campo de forças originado por uma região que envolve uma carga elétrica (ou uma distribuição de cargas). A cada ponto do campo associa-se um vetor campo elétrico. Para que a existência de um campo elétrico seja provada, coloca-se uma carga fixa, seja ela positiva ou negativa, modificando o espaço ao seu redor, de maneira que, ao se colocar uma carga-prova perto dela, surge uma força elétrica atuando nessa carga-prova, confirmando que nessa região do espaço existe um campo elétrico. A força elétrica Fe é devida à interação entre o campo elétrico da carga Q e a carga elétrica q. Dependendo da carga, esse campo pode ser divergente (carga positiva) ou convergente (carga negativa): Campo elétrico é campo de forças originado por uma região que envolve uma carga elétrica (ou uma distribuição de cargas). A cada ponto do campo associa-se um vetor campo elétrico. https://www.todamateria.com.br/forca-magnetica/ https://www.todamateria.com.br/ima/ https://www.todamateria.com.br/forca-gravitacional/ Franciele santana - 03627975529 Prof. Ágatha Bouças Aula 11 15 de 61| www.direcaoconcursos.com.br Física Dependendo da carga, esse campo pode ser divergente (carga positiva) ou convergente (carga negativa). Quando uma carga puntiforme eletrizada está fixa em um ponto, ao seu redor irá surgir um campo elétrico. A intensidade deste campo depende do meio em que a carga está inserida e poderá ser encontrada através da seguinte fórmula: Onde: E: campo elétrico F: força elétrica q: carga elétrica No Sistema Internacional de Unidade, a intensidade do campo elétrico é medida em Newton por Coulomb (N/C), a força em Newton (N) e a carga elétrica em Coulomb (C). Substituindo a força �⃗� pela fórmula da força elétrica, o valor da intensidade do campo elétrico também pode ser encontrado através da seguinte fórmula: |�⃗⃗�| = |�⃗�| 𝑞 |�⃗⃗�| = 𝐾. |𝑞|. |𝑄| |𝑞|. 𝑑2 Onde: E: intensidade do campo elétrico (N/C) k0: constante eletrostática no vácuo (9.109 N.m2/C2) |Q|: módulo da carga (C) d: distância entre a carga e um ponto do campo Assim, o gráfico do campo elétrico será uma hipérbole cúbica, assim como o gráfico da força elétrica e seguirá a mesma ideia. |�⃗⃗�| = |�⃗�| 𝑞 |�⃗⃗�| = 𝐾. |𝑄| 𝑑² Franciele santana - 03627975529 Prof. Ágatha Bouças Aula 11 16 de 61| www.direcaoconcursos.com.br Física (CESGRANRIO - LIQUIGÁS - Técnico Químico/ 2018) Quando colocada em um determinado ponto de um campo elétrico, uma carga puntiforme de 2 x 10−3 C é submetida a uma força de intensidade de 4 x 10-² N. A intensidade do campo elétrico, em N/C, é igual a RESOLUÇÃO: A intensidade do campo poderá ser encontrada através da seguinte fórmula: E= 4.10−2 2.10−3 = 2. 10¹ N/C Resposta: D Linhas de força Linhas de força são linhas imaginárias tangentes ao vetor campo elétrico em cada um dos seus pontos. Propriedades das linhas de força: • Elas são orientadas no sentido do vetor campo elétrico; • Duas linhas de força nunca se cruzam, pois caso se cruzassem, haveria dois campos elétricos resultantes em um ponto do espaço, quando na verdade só pode existir um campo resultante; • Quanto mais próximas estiverem desenhadas as linhas de força em alguma região do espaço, maior é o módulo do campo elétrico naquela região; Franciele santana - 03627975529 Prof. Ágatha Bouças Aula 11 17 de 61| www.direcaoconcursos.com.br Física Veja abaixo como ficam as linhas de força de cargas com sinais opostos e cargas de mesmo sinal, respectivamente: Campo elétrico gerado por várias cargas Para encontrar o campo elétrico resultante (�⃗⃗�𝑟) gerado por várias cargas puntiformes no ponto P, deve- se fazer a soma vetorial de todos os campos elétricos nesse ponto. Franciele santana - 03627975529 Prof. Ágatha Bouças Aula 11 18 de 61| www.direcaoconcursos.com.br Física Campo elétrico uniforme O campo elétrico uniforme é obtido com a aproximação de duas placas condutoras planas e paralelas eletrizadas com cargas de mesmo valor, porém com sinais contrários. Com isso, é formada uma região sob a ação de um campo elétrico cujo vetor apresenta mesma intensidade, mesma direção e mesmo sentidos em todos os pontos. Exemplo 1: (UFES) As linhas de força do conjunto de cargas Q1 e Q2 são mostradas na figura. Para originar essas linhas, os sinais de Q1 e Q2 devem ser, respectivamente: a) + e + b) – e – c) + e – d) – e + 𝐸𝑟⃗⃗⃗⃗⃗ = 𝐸1⃗⃗⃗⃗⃗⃗ + 𝐸2 +⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗⃗ 𝐸3 +⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗⃗ 𝐸4⃗⃗⃗⃗⃗⃗ +...+𝐸𝑛⃗⃗⃗⃗⃗⃗ Franciele santana - 03627975529 Prof.Ágatha Bouças Aula 11 19 de 61| www.direcaoconcursos.com.br Física e) + e + ou – e – RESOLUÇÃO: As linhas de força de cargas positivas sempre apontam para fora da carga. Por outro lado, as linhas de força de cargas negativas sempre apontam para dentro da carga. Dessa maneira, pela representação acima, conclui-se que Q1 é uma carga positiva e Q2 é negativa. Resposta: C Exemplo 2: (Unesp 2013) Uma carga elétrica q > 0 de massa m penetra em uma região entre duas grandes placas planas, paralelas e horizontais, eletrizadas com cargas de sinais opostos. Nessa região, a carga percorre a trajetória representada na figura, sujeita apenas ao campo elétrico uniforme E, representado por suas linhas de campo, e ao campo gravitacional terrestre g. É correto afirmar que, enquanto se move na região indicada entre as placas, a carga fica sujeita a uma força resultante de módulo: a) 𝑞. 𝐸 + 𝑚𝑔 b) 𝑞. (𝐸 − 𝑔) c) 𝑞. 𝐸 – 𝑚. 𝑔 d) 𝑚. 𝑞. (𝐸 − 𝑔) e) 𝑚. (𝐸 − 𝑔) RESOLUÇÃO: Na partícula agem a força peso e a força elétrica, como mostrado na figura. Se ela desvia para cima, a intensidade da força elétrica é maior que a intensidade do peso. Então, a resultante das forças é: 𝑭𝑹 = 𝑭𝑬 − 𝑷 𝑭𝑹 = 𝒒. 𝑬 – 𝒎. 𝒈 Resposta: C Energia potencial elétrica e Trabalho da força elétrica Para entender o conceito de energia potencial elétrica, imagine uma carga Q no espaço. Essa carga irá produzir um campo elétrico capaz de repelir ou atrair outras cargas elétricas. Então, quando uma carga q Franciele santana - 03627975529 Prof. Ágatha Bouças Aula 11 20 de 61| www.direcaoconcursos.com.br Física qualquer interage com Q, existe a formação de uma energia potencial a qual pode ser transformada em energia cinética, evidenciada pelo movimento de atração ou de repulsão. Isso significa que para existir a energia potencial elétrica necessita-se de uma interação de um par de cargas, e não de uma carga sozinha. Assim, essa grandeza depende da distância (d) dessas duas cargas e de suas magnitudes. A fórmula é descrita por: 𝐸𝑝 = 𝐾. 𝑄𝑞 𝑑 • Relembrando: K corresponde a constante eletroestática no vácuo; • Ep, como as demais formas de energia, é medida em Joules (J); • Como se trata de uma grandeza escalar, para medir a energia potencial elétrica total de um sistema de várias cargas é preciso somar as Eps geradas pela interação de cada par de corpos eletrizados. Ademais, a energia potencial elétrica que q adquire no campo elétrico de Q pode ser relacionada ao trabalho da força elétrica no deslocamento da carga. No caso do exemplo acima, tem-se que a diferença entre as energias potenciais dos pontos P e R equivale ao trabalho realizado pela força elétrica no sistema. Isto é: 𝜏𝑃𝑅 = 𝐸𝑝𝑜𝑡𝑃 − 𝐸𝑝𝑜𝑡𝑅 Mais adiante, veremos uma nova expressão envolvendo o trabalho da força elétrica e potencial elétrico. Potencial elétrico O potencial elétrico (V) é a quantidade de energia que é preciso para mover uma carga elétrica unitária entre dois pontos distintos sob a influência de um campo elétrico. Sua unidade é o Volt (V), em homenagem ao físico italiano Alessandro Volta. Um volt corresponde a um Joule por Coulomb (1V=1J/C). Assim, o potencial elétrico de uma carga geradora Q pode ser descrito como a razão entre a Energia Potencial Elétrica e a carga de prova q: 𝑉 = 𝐸𝑝 𝑞 = 𝐾. 𝑄𝑞 𝑑 𝑞 Franciele santana - 03627975529 Prof. Ágatha Bouças Aula 11 21 de 61| www.direcaoconcursos.com.br Física 𝑉 = 𝐾. 𝑄 𝑑 Analisando um exemplo mais claro do que seria o potencial elétrico, temos que: uma tomada de 110V fornece 110J de energia por cada coulomb de carga elétrica que atravessa os seus terminais. Quando há mais de um objeto eletrizado gerando campos elétricos, o potencial elétrico total de um ponto P sob a influência de todos esses campos é igual à soma de todos os potenciais de cada carga presente no sistema, isto é: 𝑉𝑟𝑒𝑠𝑢𝑙𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 = 𝑉1 + 𝑉2 + 𝑉3 + ⋯ Normalmente, os potenciais elétricos são representados por meio de equipotenciais, os quais constituem linhas ou superfícies perpendiculares às linhas de força (linhas que representam o mesmo potencial). Quando há um campo gerado por apenas uma carga, as linhas equipotenciais são circunferências (considerando duas dimensões) ou esferas ocas (três dimensões), uma vez que o valor do potencial é inversamente proporcional à distância. Veja: Franciele santana - 03627975529 Prof. Ágatha Bouças Aula 11 22 de 61| www.direcaoconcursos.com.br Física Se dois pontos pertencem a mesma circunferência, isso significa que eles têm o mesmo potencial Quanto mais próximo do centro, ou seja, quanto menor a distância d, maior o potencial. Diferença de Potencial (ddp) A diferença de potencial (ddp), também denominada tensão elétrica ou voltagem, é muito relevante para o estudo da eletricidade. Quando se diz que há uma alta voltagem entre dois pontos, isso demonstra que a carga recebe uma grande quantidade de energia ao se deslocar. A diferença de potencial é dada por: 𝑈 = 𝑉𝐴 − 𝑉𝐵 U: diferença de potencial (V) VA: potencial elétrico em um ponto A (V) VB: potencial elétrico em um ponto B (V) Franciele santana - 03627975529 Prof. Ágatha Bouças Aula 11 23 de 61| www.direcaoconcursos.com.br Física Exemplo de formação de corrente elétrica graças à diferença de potencial nos terminais da pilha O trabalho é o produto entre a força vezes o deslocamento (𝜏 = 𝐹𝑑). Substituindo pela expressão da força elétrica (𝐹 = 𝑞. |�⃗⃗�|), tem-se a seguinte relação para os pontos A e B quaisquer: 𝝉 = 𝒒. |𝑬|⃗⃗⃗⃗⃗. (𝒅𝑨 − 𝒅𝑩) 𝜏 = 𝑞. 𝐾. 𝑄 (𝑑𝐴 − 𝑑𝐵) 2 . (𝑑𝐴 − 𝑑𝐵) 𝜏 = 𝑞. 𝐾. 𝑄 (𝑑𝐴 − 𝑑𝐵) = 𝑞. ( 𝑉𝐴 − 𝑉𝐵) 𝜏 = 𝑞. 𝑈 Podemos construir uma outra relação a partir das equações acima. Como: 𝝉 = 𝒒. |𝑬|⃗⃗⃗⃗⃗. 𝒅 𝝉 = 𝒒. 𝑼 Então: 𝑞. 𝑈 = 𝒒. |𝑬|⃗⃗⃗⃗⃗. 𝒅 𝑈 = 𝐸. 𝑑 Obs.: Muitas fórmulas no assunto de eletricidade estão correlacionadas, então é possível obtê-las de outras maneiras. No exemplo acima, também seria possível chegar na relação (U=E.d) comparando diretamente a tensão elétrica com o campo elétrico. Exemplo: Considere o arranjo da figura onde uma carga Q = -4 µC cria um campo elétrico ao seu redor. Determine o trabalho da força elétrica deslocar uma carga de prova q = 2 µC do ponto A ao B. Use 𝑘 = 9. 10𝟗 𝑁. 𝑚2 𝐶2 . Franciele santana - 03627975529 Prof. Ágatha Bouças Aula 11 24 de 61| www.direcaoconcursos.com.br Física Primeiro devemos lembrar que o trabalho da força elétrica depende da variação do potencial elétrico entre os pontos A e B. Como o potencial depende apenas da distância entre os pontos, não importa a trajetória que a carga q faria de A para B (ou seja, não importa o caminho que a carga de prova faça, desde que ela inicie em A e termine em B. Assim temos: 𝜏𝐴𝐵 = 𝑞. 𝑈𝐴𝐵 𝑉𝐴 = 𝑘𝑄 𝑑𝐴 = = 9. 10𝟗. (−4. 10−6) 0,2 = −18. 104𝑉 𝑉𝐵 = 𝑘𝑄 𝑑𝐵 = = 9. 10𝟗. (−4. 10−6) 0,25 = −14,4. 104𝑉 𝑈𝐴𝐵 = 𝑉𝐴 − 𝑉𝐵 = −18. 10 4𝑉 − (−14,4. 104𝑉) = −3,6. 104𝑉 Terminando de substituir os dados: 𝜏𝐴𝐵 = 𝑞. 𝑈𝐴𝐵 𝜏𝐴𝐵 = 2. 10 −6. (−3,6. 104𝑉) = −7,2. 10−2 𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒𝑠 Resposta: −7,2. 10−2 𝐽 Obs.: O sinal negativo significa que é um trabalho resistente (a carga q não se desloca de forma espontânea de A para B. Então, o deslocamento só ocorre na presença de uma força externa, uma vez que naturalmente a carga q (que é positiva) se desloca em direção ao ponto de menor potencial (para o centro). Capacitância Os capacitores são dispositivos eletrônicos capazes de armazenar cargas elétricas quando formada uma diferença de potencial entre seus terminais (ddp). Dessa maneira, a energiaelétrica armazenada neles tem origem no campo elétrico que é estabelecido entre suas placas. A capacitância ficou definida como a quantidade de carga que os capacitores poderiam acumular em uma determinada diferença de potencial. Ela é medida em Farad (F), que equivale a Coulomb por Volt (C/J). Franciele santana - 03627975529 Prof. Ágatha Bouças Aula 11 25 de 61| www.direcaoconcursos.com.br Física Quanto maior a capacitância, mais cargas elétricas conseguem ser armazenadas no capacitor para uma mesma tensão elétrica. Assim, seguindo esse conceito, a fórmula para essa grandeza física é descrita por: 𝐶 = 𝑄 𝑈 C: capacitância (no S.I é medida em Farad – F) Q: tensão elétrica ou diferença de potencial (medida em Coulomb – C) U: diferença de potencial (medida em Volts - V) Outros fatores que também influenciam a capacitância são: a distância (d) entre as placas da armadura dos capacitores, sua área (A) e também a permissividade dielétrica (ε) característica do meio entre as placas. De fato, quanto maior for a permissividade dielétrica do meio em questão, mais cargas um capacitor será capaz de armazenar. Assim, temos a seguinte relação: 𝐶 = εA d Onde: • C = capacitância (F) • A = área das placas do capacitor (m²) • d = distância entre as placas do capacitor (m) • ε = permissividade elétrica do meio (F/m) Energia armazenada em capacitores A energia armazenada em capacitores pode ser obtida por meio da seguinte fórmula: 𝐸𝑝𝑜𝑡 = 𝑄𝑈 2 Onde: • Epot = energia potencial elétrica (J – joule) • Q = carga elétrica (C - coulomb) • U = tensão elétrica ou diferença de potencial (V - volts) Substituindo pela fórmula da capacitância (𝐶 = 𝑄/𝑈), temos também as seguintes expressões: Franciele santana - 03627975529 Prof. Ágatha Bouças Aula 11 26 de 61| www.direcaoconcursos.com.br Física 𝐸𝑝𝑜𝑡 = 𝐶𝑈2 2 𝐸𝑝𝑜𝑡 = 𝑄2 2𝐶 Vale lembrar também que em um gráfico QxV, a área sob a curva representa a energia potencial elétrica: Exemplo: 11-(UEL-PR) Quando uma ddp de 100V é aplicada nas armaduras de um capacitor de capacidade 𝐶 = 8,85. 10−12F, a carga do capacitor, em coulombs, vale: a) 8,85.10-10. b) 8,85.10-8. c) 8,85.10-7. d) 8,85.10-6. e) 8,85.10-3 RESOLUÇÃO: Temos que 𝐶 = 𝑄 𝑈 então a carga do capacitor é de: 𝟖, 𝟖𝟓. 𝟏𝟎−𝟏𝟐 = 𝑸 𝟏𝟎𝟎 𝑸 = 𝟖, 𝟖𝟓. 𝟏𝟎−𝟏𝟎 𝑪 Resposta: A. Propriedades dos condutores em equilíbrio eletrostático Um condutor, eletrizado ou não, encontra-se em equilíbrio eletrostático quando nele não ocorre movimento ordenado de cargas elétricas em relação a um referencial fixo no condutor, ou seja, seus elétrons livres encontram-se em movimento desordenado. Franciele santana - 03627975529 Prof. Ágatha Bouças Aula 11 27 de 61| www.direcaoconcursos.com.br Física Para que existam condutores em equilíbrio eletrostático, esse fenômeno deve apresentar as seguintes condições: • O campo elétrico no interior do condutor deve ser nulo (E =0). • O potencial elétrico na parte externa do condutor deve ser o mesmo em todos os pontos. Se todos os pontos de um condutor em equilíbrio eletrostático têm o mesmo potencial, concluímos que, em particular, sua superfície é equipotencial. O campo elétrico no interior de um condutor esférico em equilíbrio eletrostático é nulo. Mas, e se quisermos calcular o campo elétrico para pontos externos infinitamente próximos à superfície desse condutor? É simples! Basta pensarmos nessa esfera como uma carga pontual localizada bem em seu centro. Assim, é só utilizar a fórmula já vista anteriormente para o campo elétrico substituindo a distância pelo raio da esfera: 𝐸𝑝𝑟𝑜𝑥 = 𝑘. 𝑄 𝑅² Ao se passar de um ponto externo infinitamente próximo para um ponto localizado na superfície, a intensidade do campo elétrico tem seu valor reduzido à metade: Franciele santana - 03627975529 Prof. Ágatha Bouças Aula 11 28 de 61| www.direcaoconcursos.com.br Física 𝐸𝑠𝑢𝑝 = 𝑘. 𝑄 2𝑑² Podemos utilizar o mesmo princípio para calcular o campo elétrico no exterior da esfera. Basta utilizar a distância do ponto em que desejamos encontrar o valor do campo elétrico até o centro da esfera. 𝐸𝑝𝑟𝑜𝑥 = 𝑘. 𝑄 𝑑² Os gráficos da intensidade do campo e do potencial elétrico em função da distância, contada a partir do centro O: Franciele santana - 03627975529 Prof. Ágatha Bouças Aula 11 29 de 61| www.direcaoconcursos.com.br Física Poder das pontas Em um condutor esférico isolado, em função da sua simetria, as cargas irão se distribuir de maneira uniforme na superfície externa. Contudo, se o condutor não for simétrico apresentando uma geometria irregular, as cargas irão se distribuir de maneira não uniforme pela superfície, localizando-se em maior densidade nas pontas do condutor. Baseado nessa teoria, temos em nosso cotidiano a utilização dos para-raios, que concentram uma maior quantidade de cargas elétricas em suas pontas. A essa propriedade dá-se o nome de poder das pontas. Franciele santana - 03627975529 Prof. Ágatha Bouças Aula 11 30 de 61| www.direcaoconcursos.com.br Física Gaiola de Faraday Um condutor carregado espalha cargas por todo o campo elétrico. Mas, em decorrência do efeito da repulsão das cargas, elas se distanciam entre elas e se alocam nos arredores desse campo elétrico. Assim, os efeitos que acontecem no seu interior se anulam, o que torna o campo elétrico nulo. A blindagem eletrostática, ou gaiola de Faraday, é aplicada, por questões de segurança nos aviões, nos carros e nos celulares, por exemplo. Trata-se de uma proteção contra descargas elétricas (queda de raios, relâmpagos). Há quem sugira que o que protege o carro é o pneu de borracha, o que não é verdade. A verdade é que o carro tem metal em toda a sua estrutura, o que favorece o efeito da Gaiola de Faraday. https://www.todamateria.com.br/carga-eletrica/ https://www.todamateria.com.br/campo-eletrico/ Franciele santana - 03627975529 Prof. Ágatha Bouças Aula 11 31 de 61| www.direcaoconcursos.com.br Física Questões comentadas pelo professor CESPE - 2015 - FUB - Técnico de Laboratório - Física Acerca de princípios relacionados a eletrostática e a eletrodinâmica, julgue o item subsequente. Nos capacitores, a energia é armazenada em seus campos elétricos. RESOLUÇÃO: De fato, como vimos na nossa aula os capacitores são dispositivos eletrônicos capazes de armazenar energia elétrica graças ao campo elétrico formado entre suas placas. Resposta: CERTO CESPE - 2021 – SEED-PR - Professor- Física Duas pequenas bolinhas idênticas, suspensas por fios isolantes de comprimento 20 cm fixados ao teto por um ponto em comum, formam um ângulo de abertura de 60º ao serem eletricamente carregadas com cargas elétricas de mesmo módulo. Cada bolinha tem massa de 17 g e a aceleração da gravidade é de 10 m/s². Na situação precedente, e considerando a constante eletrostática igual a 9 × 109 N.m²/C², constata-se que a soma das cargas das duas bolinhas é mais próxima de a) ( )zero. b) ( )0,66 µC. c) ( )1,33 µC. d) ( )1,50 µC. e) ( )3,00 µC. RESOLUÇÃO: Como há um ângulo de abertura igual a 60° entre as cargas, podemos concluir que suas cargas têm mesmo sinal e a força elétrica entre elas é de repulsão. Assim: https://www.qconcursos.com/questoes-de-concursos/provas/cespe-2018-fub-tecnico-em-otica https://www.qconcursos.com/questoes-de-concursos/provas/cespe-2018-fub-tecnico-em-otica Franciele santana - 03627975529 Prof. Ágatha Bouças Aula 11 32 de 61| www.direcaoconcursos.com.brFísica As forças são: força eletrostática gerada pela outra esfera de mesma carga (Fe), força peso (P) e força de tração do fio (T) que pode ser decomposta na vertical (Ty) e na horizontal (Tx). Aplicando a 2ª Lei de Newton na horizonta e na vertical, temos: Na horizontal: Tx – Fe = 0 (I) Na vertical: Ty – P = 0 (II) Decompondo a tração T, vem: Ty = T. cosθ = T. cos 30° = T √𝟑 𝟐 Tx = T. senθ = T. sen30° = 𝑻 𝟐 Substituindo o valor de Ty em II: T √𝟑 𝟐 - P = 0 T √𝟑 𝟐 = 𝑷 T √𝟑 𝟐 = 𝒎. 𝒈 T √𝟑 𝟐 = 𝟏𝟕. 𝟏𝟎−𝟑. 𝟏𝟎 Franciele santana - 03627975529 Prof. Ágatha Bouças Aula 11 33 de 61| www.direcaoconcursos.com.br Física 𝑻 𝟐 = 𝟎, 𝟏𝟕 √𝟑 𝟑 N Substituindo a tração Tx em I: 𝑻 𝟐 – Fe = 0 𝑻 𝟐 = 𝑭𝒆 𝟎, 𝟏𝟕 √𝟑 𝟑 = 𝒌. 𝒒.𝒒 𝒅𝟐 𝟎, 𝟏𝟕 √𝟑 𝟑 = 𝟗.109 𝒒𝟐 (𝟐𝟎.𝟏𝟎−𝟐)𝟐 17.10-2. √𝟑 𝟑 = 𝟗.109 𝒒𝟐 𝟒.𝟏𝟎−𝟐 q = 6,605.10-7 2q = 2. 6,605.10-7 2q= 13,21. 10-7 2q = 1,321. 10-6C 2q = 1,321 μC Resposta: C IBFC - 2017 -SEDUC-MT - Professor - Física Descargas elétricas no ar seco ocorrem a tensões superiores a 30 kV (rigidez dielétrica). Para um arranjo de dois planos carregados com área de 1 cm² a uma distância de 1 cm e apenas ar entre os planos temos uma capacitância de cerca de C = 9 x 10-14 F. Por sua vez a energia armazenada em capacitores é dada pela expressão U = CV² /2. A energia disponível em uma descarga neste capacitor é de cerca de: a) ( )200 J b) ( )20 x 10-1J c) ( )40 x 10-3J d) ( )40 x 10-6J e) ( )20 x 10-8J RESOLUÇÃO: E= 𝐶𝑈2 2 E=9. 10−14. (30.10³)²)/2 E= 40,5.10-6 J https://www.qconcursos.com/questoes-de-concursos/provas/cespe-2016-policia-cientifica-pe-perito-criminal-fisica https://www.qconcursos.com/questoes-de-concursos/provas/cespe-2016-policia-cientifica-pe-perito-criminal-fisica Franciele santana - 03627975529 Prof. Ágatha Bouças Aula 11 34 de 61| www.direcaoconcursos.com.br Física Resposta: B CESPE - 2010 - SEDU-ES - Professor B — Ensino Fundamental e Médio — Física As interações eletromagnéticas constituem uma das forças fundamentais da natureza, com diversas aplicações tecnológicas observadas na sociedade moderna. Com relação a esse assunto, julgue o item que se segue. O trabalho realizado para deslocar uma carga entre dois pontos em um campo elétrico depende da trajetória escolhida, sendo numericamente igual à diferença de energia potencial elétrica entre esses pontos. RESOLUÇÃO: A força elétrica é uma força conservativa, isto é, não depende da trajetória da partícula. Então, para o cálculo do trabalho é importante saber apenas o ponto inicial e o ponto final, já que, no fim das contas, ele será armazenado na forma de energia potencial. Para entender melhor, observe o esquema acima. Embora a trajetória (em rosa) seja maior, para o cálculo do trabalho é relevante apenas a distância d entre os pontos (em azul). Resposta: ERRADO CESPE - 2015 - FUB - Técnico de Laboratório - Física Acerca de princípios relacionados a eletrostática e a eletrodinâmica, julgue o item subsequente. Considere que a figura I a seguir ilustre duas esferas, A e B, ambas de raio igual a R, condutoras idênticas. Considere, ainda, que a esfera A esteja inicialmente carregada com uma carga igual a 20 C e que a esfera B esteja completamente descarregada. Nessa situação hipotética, ao se ligar essas esferas por meio de um fio condutor, conforme ilustrado na figura II, é correto afirmar que, ao atingirem o equilíbrio eletrostático, as esferas ficarão carregadas, cada uma com carga igual a 10 C. https://www.qconcursos.com/questoes-de-concursos/provas/cespe-2010-sedu-es-professor-b-ensino-fundamental-e-medio-fisica https://www.qconcursos.com/questoes-de-concursos/provas/cespe-2018-fub-tecnico-em-otica Franciele santana - 03627975529 Prof. Ágatha Bouças Aula 11 35 de 61| www.direcaoconcursos.com.br Física . RESOLUÇÃO: Nessa questão, vamos usar o princípio da conservação das cargas elétricas, o qual possui as seguintes relações: 𝑄𝑎 + 𝑄𝑏 = 𝑄𝑎’ + 𝑄𝑏’ 𝑄𝑎′ 𝑅𝑎 = 𝑄𝑏′ 𝑅𝑏 Como os raios das esferas A e B têm o mesmo tamanho, Qa’=Qb’=Q. Substituindo pelos valores dados no enunciado na primeira fórmula: 20 + 0 = 𝑄 + 𝑄 20 = 2𝑄 𝑄 = 10 𝑄𝑎′ = 𝑄𝑏′ = 10 Resposta: CERTO QUADRIX - 2018 - SEDF- Professor - Física Acerca dos fenômenos relacionados à eletricidade e ao eletromagnetismo, julgue o item subsequente. Suponha‐se que uma carga de prova de 10 μC seja colocada em um certo ponto, ficando sujeita à ação de uma força de 5.10‐4 N no sentido do aumento da coordenada x. Nesse caso, o valor do campo elétrico atuante nesse ponto será de 50 N/C. RESOLUÇÃO: A força elétrica é dada por: F= q.E 5.10‐4 = 10.10-6.E E= 50 N/C Resposta: CERTO CESPE - 2016 - FUB - Técnico de Laboratório - Física Após ter sido atritada por uma lã, determinada esfera de vidro pequena adquiriu uma carga Q = 4 C. Essa esfera carregada foi, em seguida, aproximada de uma das extremidades de uma barra de cobre isolada eletricamente. Considerando que a carga elementar do elétron seja de 1,6 × 10−19 𝐶, julgue o item seguinte. https://www.qconcursos.com/questoes-de-concursos/provas/cespe-2016-policia-cientifica-pe-perito-criminal-fisica https://www.qconcursos.com/questoes-de-concursos/provas/cespe-2016-policia-cientifica-pe-perito-criminal-fisica Franciele santana - 03627975529 Prof. Ágatha Bouças Aula 11 36 de 61| www.direcaoconcursos.com.br Física Com o atrito da esfera de vidro com a lã, a quantidade de elétrons que são retirados da esfera é superior a 2 × 1019. RESOLUÇÃO: Vimos que as cargas elétricas são quantizadas, ou seja, são múltiplas de uma carga elementar 𝑒 então vale a seguinte fórmula: 𝑄 = 𝑛. 𝑒. 4 = 𝑛. 1,6. 10−19 𝑛 = 4 1,6 . 1019 𝑛 = 2,5. 1019 𝑒𝑙é𝑡𝑟𝑜𝑛𝑠 Resposta: CERTO CESPE - 2016 - FUB - Técnico de Laboratório - Física Após ter sido atritada por uma lã, determinada esfera de vidro pequena adquiriu uma carga Q = 4 C. Essa esfera carregada foi, em seguida, aproximada de uma das extremidades de uma barra de cobre isolada eletricamente. Considerando que a carga elementar do elétron seja de 1,6 × 10-19 C, julgue o item seguinte. O excesso de carga Q na esfera de vidro irá, depois de determinado tempo, distribuir-se uniformemente em toda a sua superfície. RESOLUÇÃO: Quando a esfera de vidro é atritada com a lã, observa-se um processo de eletrização por atrito. Obs.: Seguindo a série triboelétrica o vidro ganha carga positiva e a lã, carga negativa. A tabela geralmente é dada no exercício quando necessária. Nesse caso, basta lembrar que as cargas formadas são opostas. No entanto, com a aproximação do vidro a uma das extremidades de uma barra de cobre, observamos um fenômeno parecido com a eletrização por indução, na qual as cargas ficam concentradas em uma região do objeto. Como o vidro tem carga positiva, ele atrairia as cargas negativas presentes no cobre para a sua extremidade. Então, não ocorreria a distribuição uniforme das cargas justamente porque elas continuariam concentradas em uma região. Resposta: ERRADO CESPE - 2013 - SEDUC-CE - Professor Pleno I – Física Considerando-se que quatro cargas — duas positivas e duas negativas — de módulos iguais a q tenham sido colocadas nos vértices de um quadrado de lado L, é correto afirmar que o potencial no centro do quadrado Franciele santana - 03627975529 Prof. Ágatha Bouças Aula 11 37 de 61| www.direcaoconcursos.com.br Física A. é quatro vezes maior que o potencial gerado por cada carga no centro do quadrado. B. é igual ao dobro do potencial gerado por cada cargano centro do quadrado. C. independe do sinal das cargas. D. é igual à metade do potencial gerado por cada carga no centro do quadrado. E. é nulo. RESOLUÇÃO: O potencial resultante de um sistema de cargas é dado por: 𝑉𝑟𝑒𝑠𝑢𝑙𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 = 𝑉1 + 𝑉2 + 𝑉3 + ⋯. Cuidado com o que é pedido no enunciado, caso tivéssemos que analisar o campo elétrico resultante ou a força seria preciso levar em conta os vetores dessas grandezas. No entanto, para o potencial, isso são é necessário. Continuando: 𝑉 = 𝐾. 𝑄 𝑑 𝑉𝑟𝑒𝑠𝑢𝑙𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 = 𝑉1 + 𝑉2 + 𝑉3 + 𝑉4 Como são duas cargas positivas e duas negativas: 𝑉𝑟𝑒𝑠𝑢𝑙𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 = 𝐾. 𝑄 ( 𝐿√2) 2 + 𝐾. 𝑄 ( 𝐿√2) 2 + 𝐾. (−𝑄) ( 𝐿√2) 2 + 𝐾. (−𝑄) ( 𝐿√2) 2 (D = ( 𝐿√2) 2 já que essa é a distância do vértice ao centro do quadrado) A primeira parte se cancela com a segunda, assim o potencial elétrico resultante é 0 (nulo). Resposta: E CESPE - 2016 - FUB - Técnico de Laboratório - Física Um capacitor é constituído por duas placas paralelas de mesma área, na forma de quadrados, carregadas com cargas de mesmo valor absoluto, positiva em uma placa e negativa na outra, uniformemente distribuídas e separadas por uma distância d = 10 cm. A região entre as placas foi preenchida por um dielétrico com permissividade ε = 2ε0, em que ε0 é a permissividade no vácuo. O comprimento do lado do quadrado com relação à distância d é tal que se podem ignorar os efeitos de borda nas linhas de campo. A partir dessas informações, julgue o item 10, 11 e 12. As superfícies equipotenciais na região entre as placas desse capacitor são perpendiculares às linhas de campo, ou seja, são paralelas às placas do capacitor. https://www.qconcursos.com/questoes-de-concursos/provas/cespe-2018-policia-federal-papiloscopista-policial-federal https://www.qconcursos.com/questoes-de-concursos/provas/cespe-2018-policia-federal-papiloscopista-policial-federal Franciele santana - 03627975529 Prof. Ágatha Bouças Aula 11 38 de 61| www.direcaoconcursos.com.br Física RESOLUÇÃO: Como vocês já devem saber, as superfícies equipotenciais realmente formam ângulos de 90° com as linhas de campo, por isso esse item está correto! Em um capacitor, teremos a seguinte configuração: Resposta: CERTO CESPE - 2016 - FUB - Técnico de Laboratório - Física Se uma pequena partícula com carga de 10-3 C e massa de 1 g for colocada na região entre as placas desse capacitor e sob uma diferença de potencial de 2 V, então ela sofrerá uma aceleração de 20 m/s2. RESOLUÇÃO: Para encontrarmos a aceleração da carga precisamos primeiro saber a força resultante que age sobre ela. Anotando alguns dados do enunciado e da questão 10: Q = 10−3C U = 2 V d = 10 cm = 0,1m m= 1g = 0,001 kg Com essas informações, podemos raciocinar da seguinte forma: O trabalho equivale a força vezes o deslocamento, mas vimos também que, em eletricidade, pode ser escrito como: 𝝉 = 𝒒. 𝑼. Então, olhem só: 𝝉 = 𝑭. 𝒅 𝝉 = 𝒒. 𝑼 𝑭. 𝒅 = 𝒒. 𝑼 𝑭 = 𝒒. 𝑼 𝒅 Agora ficou fácil! Basta substituir os valores (só não esqueça deixar tudo no S.I): 𝑭 = 𝟏𝟎−𝟑. 𝟐 𝟏𝟎−𝟏 𝑭 = 𝟐. 𝟏𝟎−𝟐 𝑵 A segunda lei de Newton nos diz que: F=m.a, portanto: 𝒂 = 𝑭 𝒎 https://www.qconcursos.com/questoes-de-concursos/provas/cespe-2016-fub-tecnico-de-laboratorio-fisica Franciele santana - 03627975529 Prof. Ágatha Bouças Aula 11 39 de 61| www.direcaoconcursos.com.br Física 𝒂 = 𝟐. 𝟏𝟎−𝟐 𝟏𝟎−𝟑 𝒎 𝒔𝟐 𝒂 = 𝟐𝟎𝒎 𝒔𝟐 Resposta: CERTO CESPE - 2016 - FUB - Técnico de Laboratório - Física Se, ao percorrer a distância entre as placas do capacitor, uma carga de 10-1 C sofrer uma variação positiva de 20 J em sua energia cinética, o campo elétrico entre as placas desse capacitor será de 2.500 N/C. RESOLUÇÃO: A energia elétrica que a carga recebeu se originou da energia potencial elétrica do sistema. Sabemos também que ela corresponde ao trabalho da energia elétrica (𝜏𝑃𝑅 = 𝐸𝑝𝑜𝑡𝑃 − 𝐸𝑝𝑜𝑡𝑅). Por isso, podemos colocar que: 𝜏 = 𝛥𝐸𝑝𝑜𝑡 = 20 𝐽 Usando a fórmula do trabalho e da força elétrica: 𝝉 = 𝑭. 𝒅 𝑭 = 𝒒. |𝑬|⃗⃗⃗⃗⃗ 𝝉 = 𝒒. |𝑬|⃗⃗⃗⃗⃗. 𝒅 Depois de fazer essas substituições, podemos colocar os valores (todos no S.I, não esqueça!!!) fornecidos pelo enunciado e colocar o campo elétrico em evidência: 𝟐𝟎 = 𝟏𝟎−𝟏. |𝑬|⃗⃗⃗⃗⃗. 𝟏𝟎−𝟏 |𝑬|⃗⃗⃗⃗⃗ = 𝟐𝟎𝟎𝟎 𝑵 𝑪 Resposta: ERRADO IBFC - 2013 - PC-RJ - Perito Criminal - Física Para o estudo de um acontecimento o perito necessita montar um cenário artificial para comprovar a situação ocorrida. O cenário deve ser montado para reproduzir o ocorrido (Figura a seguir). O homem tem 1,80 m de altura e 0,55 m de largura. Considere a parede com a mesma área, e o conjunto formando um capacitor plano. Dado: A permissividade elétrica entre as duas paredes (montagem B) é de aproximadamente 8,9 x 10-12 F/m. https://www.qconcursos.com/questoes-de-concursos/provas/cespe-2016-fub-tecnico-de-laboratorio-fisica https://www.qconcursos.com/questoes-de-concursos/provas/cespe-2016-fub-tecnico-de-laboratorio-fisica Franciele santana - 03627975529 Prof. Ágatha Bouças Aula 11 40 de 61| www.direcaoconcursos.com.br Física No estudo será aplicada uma ddp de 100 V entre X e Y. Com estes dados, pode-se determinar a quantidade de carga elétrica do conjunto B que vale aproximadamente: a) ( )4,4.10−9 C. b) ( )8,8.10−9 C. c) ( )6,8. 10−9C. d) ( )7,2.10−9 C. e) ( )3,4. 10−9C. RESOLUÇÃO: A fórmula geral da capacitância é dada por: 𝐶 = 𝑄 𝑈 . Não podemos esquecer também da fórmula do capacitor de placas paralelas: 𝐶 = εA d . Para a resolução do exercício, precisaremos das duas. Com os dados fornecidos pelo enunciado, temos: ε = 8,9.10−12𝐹 𝑚 𝐴 = 1,8 × 0,55 = 0,99𝑚2 𝑑 = 20𝑐𝑚 = 0,2𝑚 𝐶 = εA d 𝐶 = 8,9.10−12. 0,99 0,2 𝐶 = 4,4. 10−11 Franciele santana - 03627975529 Prof. Ágatha Bouças Aula 11 41 de 61| www.direcaoconcursos.com.br Física Agora, usando a fórmula geral: 𝐶 = 𝑄 𝑈 4,4. 10−11 = 𝑄 100 𝑄 = 4,4. 10−9𝐶 Resposta: A CESPE - 2013 – SEDUC-CE-Professor - Física Uma esfera metálica maciça de raio igual a R foi carregada com carga q distribuída uniformemente em todo o seu volume. Em situação de equilíbrio eletrostático, a) ( )a diferença de potencial entre dois pontos no interior da esfera é positiva e maior que zero. b) ( )se a esfera citada fosse oca, o potencial no interior dela seria nulo. c) ( )o potencial elétrico no centro da esfera é nulo. d) ( )o campo elétrico, em um ponto a uma distância a > R, é dado pela relação (¼ )πεoq/a, em que εo é a constante dielétrica do meio. e) ( )o campo elétrico no interior da esfera é nulo. RESOLUÇÃO: O campo elétrico no interior da esfera em equilíbrio eletrostático será nulo e o potencial no interior da esfera é constante e diferente de zero. Resposta: E FGV - 2014 – SEDUC-AM- Professor- Física Três pequenas esferas, A carregada com uma carga Q, B carregada com uma carga Q’ e C carregada com uma carga q são abandonadas, alinhadas sobre uma superfície plana e horizontal, com a esfera C mais próxima da esfera A do que da esfera B, como ilustra a figura. Franciele santana - 03627975529 Prof. Ágatha Bouças Aula 11 42 de 61| www.direcaoconcursos.com.br Física Mesmo sendo desprezíveis os atritos entre as esferas e o plano de apoio, é possível que as três esferas permaneçam em repouso nas posições onde são abandonadas. Supondo que isso ocorra, considere as afirmativas a seguir e marque V para a verdadeira e F para a falsa. ( ) Q e Q’ têm o mesmo sinal,contrário ao sinal de q. ( ) │ q │ <│Q │<│ Q’ │. ( ) o equilíbrio é instável. As afirmativas são, respectivamente, a) ( )V, F e V. b) ( )F, V e V. c) ( )V, V e V. d) ( )V, F e F. e) ( )F, F e F. RESOLUÇÃO: O equilíbrio não é estável, pois como a força elétrica depende da distância entre as cargas, uma vez que o ponto é movido, ele sofrerá mais ou menos interferência das cargas ao redor e perde a estabilidade. Resposta: C FUNIVERSA - 2012 - PC-DF - Perito Criminal - Física Considerando a distribuição de cargas da figura, na qual 𝑞1 = 3𝑒 𝐶, 𝑞2 = – 𝑒 𝐶, 𝑞3 = 2𝑒 𝐶, 𝐴𝐶 = 3𝑑 𝑒 𝐵𝐶 = d, em que d é dado em metros, e considerando a constante de Coulomb igual a k e e igual à carga elementar do elétron, a força resultante sobre 𝑞3 é expressa por: A. B. C. https://www.qconcursos.com/questoes-de-concursos/provas/funiversa-2012-pc-df-perito-criminal-fisica Franciele santana - 03627975529 Prof. Ágatha Bouças Aula 11 43 de 61| www.direcaoconcursos.com.br Física D. E. RESOLUÇÃO: Para calcularmos a força resultante, primeiro desenhamos o esquema de forças: A partir desse desenho fica claro, pelo Teorema de Pitágoras que: 𝐹𝑅 2 = 𝐹1 2 + 𝐹2 2 . Agora temos que calcular as forças elétricas entre q1 e q3 e entre q2 e q3: 𝐹 = 𝐾. 𝑄. 𝑞 𝑑2 𝐹1 = 𝐾. 2𝑒. 3𝑒 (3𝑑)2 𝐹2 = 𝐾. 2𝑒. (−𝑒) 𝑑2 𝐹1 = 𝐾. 2𝑒2 3𝑑2 𝐹2 = 𝐾. −2𝑒2 𝑑2 𝐹𝑅 2 = ( 𝐾. 2𝑒2 3𝑑2 ) 2 + (𝐾. −2𝑒2 𝑑2 ) 2 Terminando as manipulações algébricas: 𝐹𝑅 2 = 𝐾2. 40. 𝑒4 9𝑑4 𝐹𝑅 = 2𝐾. √10. 𝑒2 3𝑑2 Resposta: D FGV - 2014 - SEDUC-AM - Professor - Física https://www.qconcursos.com/questoes-de-concursos/provas/fgv-2014-seduc-am-professor-fisica https://www.qconcursos.com/questoes-de-concursos/provas/fgv-2014-seduc-am-professor-fisica Franciele santana - 03627975529 Prof. Ágatha Bouças Aula 11 44 de 61| www.direcaoconcursos.com.br Física Duas esferas de massas iguais, A, carregada com uma carga 𝑄𝐴, e B, carregada com uma carga 𝑄𝐵, de mesmo sinal que 𝑄𝐴, estão suspensas por fios isolantes de comprimentos iguais ao mesmo ponto de um suporte. Formulam-se três hipóteses a respeito das posições das esferas quando o sistema formado por elas estiver em equilíbrio (repouso). A hipótese correta é: A. 1, se │QA│ > │QB│ B. 1, se │QA│ < │QB│ C. 3, se │QA│ > │QB │ D. 3, se │QA│ < │QB│ E. 2, sejam quais forem │QA│ e │QB│ RESOLUÇÃO: Relembrando o que vimos em força elétrica entre duas cargas: “a força terá a mesma intensidade em ambas as cargas, sua direção é sempre a da linha que liga as duas cargas e o sentido irá depender do tipo de força, se de repulsão ou atração, de acordo com o princípio da ação e reação”. Dessa forma, como as massas são iguais, o peso é o mesmo. Portanto, como estão sob a influência das mesmas forças, as duas esferas suspensas formarão o mesmo ângulo com a reta central: Franciele santana - 03627975529 Prof. Ágatha Bouças Aula 11 45 de 61| www.direcaoconcursos.com.br Física Resposta: E FGV - 2014 - SEDUC-AM - Professor - Física A figura mostra as linhas de força do campo eletrostático criado pela carga puntiforme positiva Q. Na figura, estão indicados três pontos: A, B e C. Os pontos B e C pertencem à mesma linha de força, enquanto os pontos A e B são equidistantes da carga Q. Os potenciais eletrostáticos V(A), V(B) e V(C) nos pontos A, B e C, respectivamente, são tais que A. V(A) = V(B) > V(C) B. V(A) = V(B) < V(C) C. V(A) > V(B) = V(C) D. V(A) < V(B) < V(C) E. V(A) > V(B) > V(C) https://www.qconcursos.com/questoes-de-concursos/provas/vunesp-2014-pc-sp-perito-criminal https://www.qconcursos.com/questoes-de-concursos/provas/vunesp-2014-pc-sp-perito-criminal Franciele santana - 03627975529 Prof. Ágatha Bouças Aula 11 46 de 61| www.direcaoconcursos.com.br Física RESOLUÇÃO: Facilmente podemos ver que A e C pertencem a mesma superfície equipotencial e, por isso, apresentam o mesmo potencial elétrico. Também sabemos que quanto mais distante da carga, menor o potencial elétrico. Com isso, V(A) = V(B) > V(C) é a resposta correta. Resposta: A NUCEPE - 2015 – SEDUC-PI – Professor- Física Os corpos, ao serem eletrizados por atrito, contato e indução ficam carregados, respectivamente, com cargas de sinais. a) ( )iguais, iguais e iguais. b) ( )iguais, iguais e contrários. c) ( )contrários, contrários e iguais. d) ( )contrários, iguais e iguais. e) ( )contrários, iguais e contrários. RESOLUÇÃO: Na eletrização por atrito, os dois corpos envolvidos ficam carregados com cargas iguais, em intensidade, porém de sinais contrários. Na eletrização por contato, os corpos condutores ficam eletrizados com cargas de mesmo sinal, e não necessariamente em mesma intensidade. Na indução eletrostática ocorre apenas uma separação entre algumas cargas positivas e negativas já existentes no corpo condutor. Resposta: E FUNIVERSA - 2010 - SPTC-GO - Perito Criminal - Superior Duas partículas eletrizadas estão fixadas a 3.10-3m uma da outra. Suas cargas elétricas são idênticas e iguais a 2,0 nC, positivas. Sabendo que o meio é o vácuo e que a constante eletrostática é Ko= 9,0 x 109 em unidades no SI. A força de interação eletrostática entre elas é: (Lembre-se: 1 nC= 10-9 C). a) ( )de repulsão e tem módulo igual 1,2 N. b) ( )de atração e tem módulo 3,0 N. c) ( )de repulsão e tem módulo igual a 4,0 N. https://www.qconcursos.com/questoes-de-concursos/provas/funiversa-2015-pc-df-papiloscopista-policial https://www.qconcursos.com/questoes-de-concursos/provas/funiversa-2015-pc-df-papiloscopista-policial https://www.qconcursos.com/questoes-de-concursos/provas/funiversa-2010-sptc-go-perito-criminal Franciele santana - 03627975529 Prof. Ágatha Bouças Aula 11 47 de 61| www.direcaoconcursos.com.br Física d) ( )de atração e tem módulo de 3,0 x 10-3 N. e) ( )de repulsão e tem módulo de 4,0 x 10-3 N. RESOLUÇÃO: A força elétrica é dada por: 𝐹𝑒𝑙 = 𝐾. 𝑄1. 𝑄2 𝑑2 𝐹𝑒𝑙 = 9,0 x 109 . 2𝑥 10−9. 2𝑥 10−9 (3𝑥10−3)2 𝐹𝑒𝑙 = 9,0 x 109 . 4𝑥 10−18 9. 10−6 𝐹𝑒𝑙 = 4𝑥 10−3 C Como as duas cargas são positivas a força é de repulsão. Resposta: E Fim de aula! Aguardo a sua presença em nosso próximo encontro! Saudações, Prof. Ágatha Bouças Lista de questões CESPE - 2015 - FUB - Técnico de Laboratório - Física Acerca de princípios relacionados a eletrostática e a eletrodinâmica, julgue o item subsequente. Nos capacitores, a energia é armazenada em seus campos elétricos. CESPE - 2021 – SEED-PR - Professor- Física Duas pequenas bolinhas idênticas, suspensas por fios isolantes de comprimento 20 cm fixados ao teto por um ponto em comum, formam um ângulo de abertura de 60º ao serem eletricamente carregadas com cargas elétricas de mesmo módulo. Cada bolinha tem massa de 17 g e a aceleração da gravidade é de 10 m/s². Na situação precedente, e considerando a constante eletrostática igual a 9 × 109 N.m²/C², constata-se que a soma das cargas das duas bolinhas é mais próxima de https://www.qconcursos.com/questoes-de-concursos/provas/cespe-2018-fub-tecnico-em-otica https://www.qconcursos.com/questoes-de-concursos/provas/cespe-2018-fub-tecnico-em-otica Franciele santana - 03627975529 Prof. Ágatha Bouças Aula 11 48 de 61| www.direcaoconcursos.com.br Física a) ( )zero. b) ( )0,66 µC. c) ( )1,33 µC. d) ( )1,50 µC. e) ( )3,00 µC. IBFC - 2017 -SEDUC-MT - Professor - Física Descargas elétricas no ar seco ocorrem a tensões superiores a 30 kV (rigidez dielétrica). Para um arranjo de dois planos carregados com área de 1 cm² a uma distância de 1 cm e apenasar entre os planos temos uma capacitância de cerca de C = 9 x 10-14 F. Por sua vez a energia armazenada em capacitores é dada pela expressão U = CV² /2. A energia disponível em uma descarga neste capacitor é de cerca de: a) ( )200 J b) ( )20 x 10-1J c) ( )40 x 10-3J d) ( )40 x 10-6J e) ( )20 x 10-8J CESPE - 2010 - SEDU-ES - Professor B — Ensino Fundamental e Médio — Física As interações eletromagnéticas constituem uma das forças fundamentais da natureza, com diversas aplicações tecnológicas observadas na sociedade moderna. Com relação a esse assunto, julgue o item que se segue. O trabalho realizado para deslocar uma carga entre dois pontos em um campo elétrico depende da trajetória escolhida, sendo numericamente igual à diferença de energia potencial elétrica entre esses pontos. CESPE - 2015 - FUB - Técnico de Laboratório - Física Acerca de princípios relacionados a eletrostática e a eletrodinâmica, julgue o item subsequente. Considere que a figura I a seguir ilustre duas esferas, A e B, ambas de raio igual a R, condutoras idênticas. Considere, ainda, que a esfera A esteja inicialmente carregada com uma carga igual a 20 C e que a esfera B esteja completamente descarregada. Nessa situação hipotética, ao se ligar essas esferas por meio de um fio https://www.qconcursos.com/questoes-de-concursos/provas/cespe-2016-policia-cientifica-pe-perito-criminal-fisica https://www.qconcursos.com/questoes-de-concursos/provas/cespe-2016-policia-cientifica-pe-perito-criminal-fisica https://www.qconcursos.com/questoes-de-concursos/provas/cespe-2010-sedu-es-professor-b-ensino-fundamental-e-medio-fisica https://www.qconcursos.com/questoes-de-concursos/provas/cespe-2018-fub-tecnico-em-otica Franciele santana - 03627975529 Prof. Ágatha Bouças Aula 11 49 de 61| www.direcaoconcursos.com.br Física condutor, conforme ilustrado na figura II, é correto afirmar que, ao atingirem o equilíbrio eletrostático, as esferas ficarão carregadas, cada uma com carga igual a 10 C. . QUADRIX - 2018 - SEDF- Professor - Física Acerca dos fenômenos relacionados à eletricidade e ao eletromagnetismo, julgue o item subsequente. Suponha‐se que uma carga de prova de 10 μC seja colocada em um certo ponto, ficando sujeita à ação de uma força de 5.10‐4 N no sentido do aumento da coordenada x. Nesse caso, o valor do campo elétrico atuante nesse ponto será de 50 N/C. CESPE - 2016 - FUB - Técnico de Laboratório - Física Após ter sido atritada por uma lã, determinada esfera de vidro pequena adquiriu uma carga Q = 4 C. Essa esfera carregada foi, em seguida, aproximada de uma das extremidades de uma barra de cobre isolada eletricamente. Considerando que a carga elementar do elétron seja de 1,6 × 10−19 𝐶, julgue o item seguinte. Com o atrito da esfera de vidro com a lã, a quantidade de elétrons que são retirados da esfera é superior a 2 × 1019. CESPE - 2016 - FUB - Técnico de Laboratório - Física Após ter sido atritada por uma lã, determinada esfera de vidro pequena adquiriu uma carga Q = 4 C. Essa esfera carregada foi, em seguida, aproximada de uma das extremidades de uma barra de cobre isolada eletricamente. Considerando que a carga elementar do elétron seja de 1,6 × 10-19 C, julgue o item seguinte. O excesso de carga Q na esfera de vidro irá, depois de determinado tempo, distribuir-se uniformemente em toda a sua superfície. CESPE - 2013 - SEDUC-CE - Professor Pleno I – Física Considerando-se que quatro cargas — duas positivas e duas negativas — de módulos iguais a q tenham sido colocadas nos vértices de um quadrado de lado L, é correto afirmar que o potencial no centro do quadrado https://www.qconcursos.com/questoes-de-concursos/provas/cespe-2016-policia-cientifica-pe-perito-criminal-fisica https://www.qconcursos.com/questoes-de-concursos/provas/cespe-2016-policia-cientifica-pe-perito-criminal-fisica Franciele santana - 03627975529 Prof. Ágatha Bouças Aula 11 50 de 61| www.direcaoconcursos.com.br Física a) ( )é quatro vezes maior que o potencial gerado por cada carga no centro do quadrado. b) ( )é igual ao dobro do potencial gerado por cada carga no centro do quadrado. c) ( )independe do sinal das cargas. d) ( )é igual à metade do potencial gerado por cada carga no centro do quadrado. e) ( )é nulo. CESPE - 2016 - FUB - Técnico de Laboratório - Física Um capacitor é constituído por duas placas paralelas de mesma área, na forma de quadrados, carregadas com cargas de mesmo valor absoluto, positiva em uma placa e negativa na outra, uniformemente distribuídas e separadas por uma distância d = 10 cm. A região entre as placas foi preenchida por um dielétrico com permissividade ε = 2ε0, em que ε0 é a permissividade no vácuo. O comprimento do lado do quadrado com relação à distância d é tal que se podem ignorar os efeitos de borda nas linhas de campo. A partir dessas informações, julgue o item 10, 11 e 12. As superfícies equipotenciais na região entre as placas desse capacitor são perpendiculares às linhas de campo, ou seja, são paralelas às placas do capacitor. CESPE - 2016 - FUB - Técnico de Laboratório - Física Se uma pequena partícula com carga de 10-3 C e massa de 1 g for colocada na região entre as placas desse capacitor e sob uma diferença de potencial de 2 V, então ela sofrerá uma aceleração de 20 m/s2. CESPE - 2016 - FUB - Técnico de Laboratório - Física Se, ao percorrer a distância entre as placas do capacitor, uma carga de 10-1 C sofrer uma variação positiva de 20 J em sua energia cinética, o campo elétrico entre as placas desse capacitor será de 2.500 N/C. IBFC - 2013 - PC-RJ - Perito Criminal - Física https://www.qconcursos.com/questoes-de-concursos/provas/cespe-2018-policia-federal-papiloscopista-policial-federal https://www.qconcursos.com/questoes-de-concursos/provas/cespe-2018-policia-federal-papiloscopista-policial-federal https://www.qconcursos.com/questoes-de-concursos/provas/cespe-2016-fub-tecnico-de-laboratorio-fisica https://www.qconcursos.com/questoes-de-concursos/provas/cespe-2016-fub-tecnico-de-laboratorio-fisica https://www.qconcursos.com/questoes-de-concursos/provas/cespe-2016-fub-tecnico-de-laboratorio-fisica Franciele santana - 03627975529 Prof. Ágatha Bouças Aula 11 51 de 61| www.direcaoconcursos.com.br Física Para o estudo de um acontecimento o perito necessita montar um cenário artificial para comprovar a situação ocorrida. O cenário deve ser montado para reproduzir o ocorrido (Figura a seguir). O homem tem 1,80 m de altura e 0,55 m de largura. Considere a parede com a mesma área, e o conjunto formando um capacitor plano. Dado: A permissividade elétrica entre as duas paredes (montagem B) é de aproximadamente 8,9 x 10-12 F/m. No estudo será aplicada uma ddp de 100 V entre X e Y. Com estes dados, pode-se determinar a quantidade de carga elétrica do conjunto B que vale aproximadamente: A. 4,4.10−9 C. B. 8,8.10−9 C. C. 6,8. 10−9C. D. 7,2.10−9 C. E. 3,4. 10−9C. CESPE - 2013 – SEDUC-CE-Professor - Física Uma esfera metálica maciça de raio igual a R foi carregada com carga q distribuída uniformemente em todo o seu volume. Em situação de equilíbrio eletrostático, a) ( )a diferença de potencial entre dois pontos no interior da esfera é positiva e maior que zero. b) ( )se a esfera citada fosse oca, o potencial no interior dela seria nulo. Franciele santana - 03627975529 Prof. Ágatha Bouças Aula 11 52 de 61| www.direcaoconcursos.com.br Física c) ( )o potencial elétrico no centro da esfera é nulo. d) ( )o campo elétrico, em um ponto a uma distância a > R, é dado pela relação (¼ )πεoq/a, em que εo é a constante dielétrica do meio. e) ( )o campo elétrico no interior da esfera é nulo. FGV - 2014 – SEDUC-AM- Professor- Física Três pequenas esferas, A carregadacom uma carga Q, B carregada com uma carga Q’ e C carregada com uma carga q são abandonadas, alinhadas sobre uma superfície plana e horizontal, com a esfera C mais próxima da esfera A do que da esfera B, como ilustra a figura. Mesmo sendo desprezíveis os atritos entre as esferas e o plano de apoio, é possível que as três esferas permaneçam em repouso nas posições onde são abandonadas. Supondo que isso ocorra, considere as afirmativas a seguir e marque V para a verdadeira e F para a falsa. ( ) Q e Q’ têm o mesmo sinal, contrário ao sinal de q. ( ) │ q │ <│Q │<│ Q’ │. ( ) o equilíbrio é instável. As afirmativas são, respectivamente, a) ( )V, F e V. b) ( )F, V e V. c) ( )V, V e V. d) ( )V, F e F. e) ( )F, F e F. FUNIVERSA - 2012 - PC-DF - Perito Criminal - Física Considerando a distribuição de cargas da figura, na qual 𝑞1 = 3𝑒 𝐶, 𝑞2 = – 𝑒 𝐶, 𝑞3 = 2𝑒 𝐶, 𝐴𝐶 = 3𝑑 𝑒 𝐵𝐶 = d, em que d é dado em metros, e considerando a constante de Coulomb igual a k e e igual à carga elementar do elétron, a força resultante sobre 𝑞3 é expressa por: https://www.qconcursos.com/questoes-de-concursos/provas/funiversa-2012-pc-df-perito-criminal-fisica Franciele santana - 03627975529 Prof. Ágatha Bouças Aula 11 53 de 61| www.direcaoconcursos.com.br Física A. B. C. D. E. FGV - 2014 - SEDUC-AM - Professor - Física Duas esferas de massas iguais, A, carregada com uma carga 𝑄𝐴, e B, carregada com uma carga 𝑄𝐵, de mesmo sinal que 𝑄𝐴, estão suspensas por fios isolantes de comprimentos iguais ao mesmo ponto de um suporte. Formulam-se três hipóteses a respeito das posições das esferas quando o sistema formado por elas estiver em equilíbrio (repouso). A hipótese correta é: A. 1, se │QA│ > │QB│ B. 1, se │QA│ < │QB│ C. 3, se │QA│ > │QB │ D. 3, se │QA│ < │QB│ https://www.qconcursos.com/questoes-de-concursos/provas/fgv-2014-seduc-am-professor-fisica https://www.qconcursos.com/questoes-de-concursos/provas/fgv-2014-seduc-am-professor-fisica Franciele santana - 03627975529 Prof. Ágatha Bouças Aula 11 54 de 61| www.direcaoconcursos.com.br Física E. 2, sejam quais forem │QA│ e │QB│ FGV - 2014 - SEDUC-AM - Professor - Física A figura mostra as linhas de força do campo eletrostático criado pela carga puntiforme positiva Q. Na figura, estão indicados três pontos: A, B e C. Os pontos B e C pertencem à mesma linha de força, enquanto os pontos A e B são equidistantes da carga Q. Os potenciais eletrostáticos V(A), V(B) e V(C) nos pontos A, B e C, respectivamente, são tais que A. V(A) = V(B) > V(C) B. V(A) = V(B) < V(C) C. V(A) > V(B) = V(C) D. V(A) < V(B) < V(C) E. V(A) > V(B) > V(C) NUCEPE - 2015 – SEDUC-PI – Professor- Física Os corpos, ao serem eletrizados por atrito, contato e indução ficam carregados, respectivamente, com cargas de sinais. a) ( )iguais, iguais e iguais. b) ( )iguais, iguais e contrários. c) ( )contrários, contrários e iguais. d) ( )contrários, iguais e iguais. https://www.qconcursos.com/questoes-de-concursos/provas/vunesp-2014-pc-sp-perito-criminal https://www.qconcursos.com/questoes-de-concursos/provas/vunesp-2014-pc-sp-perito-criminal https://www.qconcursos.com/questoes-de-concursos/provas/funiversa-2015-pc-df-papiloscopista-policial https://www.qconcursos.com/questoes-de-concursos/provas/funiversa-2015-pc-df-papiloscopista-policial Franciele santana - 03627975529 Prof. Ágatha Bouças Aula 11 55 de 61| www.direcaoconcursos.com.br Física e) ( )contrários, iguais e contrários. FUNIVERSA - 2010 - SPTC-GO - Perito Criminal - Superior Duas partículas eletrizadas estão fixadas a 3.10-3m uma da outra. Suas cargas elétricas são idênticas e iguais a 2,0 nC, positivas. Sabendo que o meio é o vácuo e que a constante eletrostática é Ko= 9,0 x 109 em unidades no SI. A força de interação eletrostática entre elas é: (Lembre-se: 1 nC= 10-9 C). f) ( )de repulsão e tem módulo igual 1,2 N. g) ( )de atração e tem módulo 3,0 N. h) ( )de repulsão e tem módulo igual a 4,0 N. i) ( )de atração e tem módulo de 3,0 x 10-3 N. j) ( )de repulsão e tem módulo de 4,0 x 10-3 N. Gabarito CERTO C B ERRADO CERTO CERTO CERTO ERRADO E CERTO CERTO ERRADO A E C D E A E E https://www.qconcursos.com/questoes-de-concursos/provas/funiversa-2010-sptc-go-perito-criminal Franciele santana - 03627975529 Prof. Ágatha Bouças Aula 01 56 de 61| www.direcaoconcursos.com.br Física Resumo direcionado Veja a seguir um resumão que eu preparei com tudo o que vimos de mais importante nesta aula. Espero que você já tenha feito o seu resumo também, e utilize o meu para verificar se ficou faltando colocar algo . Todo corpo é formado por átomos. A carga elétrica é uma propriedade das partículas elementares que compõem o átomo, sendo que a carga do próton é positiva e a do elétron, negativa. • Prótons (p): partículas com carga elétrica positiva (+); • Nêutrons (n): partículas neutras (sem carga elétrica); • Elétrons (e): partículas com carga elétrica negativa (-) e em constante movimento orbital em volta no núcleo. Condutores facilitam a passagem de elétrons e os isolantes dificultam. Alguns exemplos: • Condutor elétrico: metais, gases ionizados, soluções eletrolíticas... • Isolante elétrico ou dielétrico: porcelana, borracha, ar, vidro... Dizemos que um corpo é eletrizado quando a soma de toda a carga elétrica dele é diferente de zero. • Se o número de prótons (Np) for maior que o número de elétrons (Ne): será eletrizado positivamente • Se o número de elétrons (Ne) for maior que o número de prótons (Np): será eletrizado negativamente. • Um corpo é eletricamente neutro quando a soma de toda a carga elétrica dele é zero, ou seja, o número de prótons (Np) é igual ao número de elétrons (Ne). Isso não quer dizer que ele não tem carga! O valor da carga de um próton ou um elétron é chamado carga elétrica elementar (e). Ademais, a carga elétrica pode ser quantizada: Um corpo pode ser eletrizado das seguintes formas: • Atrito: esfregando dois corpos de materiais distintos um no outro. Os elétrons livres migram de um corpo para o outro. No final desse processo, os corpos ficam com cargas elétricas de sinais opostos. Franciele santana - 03627975529 Prof. Ágatha Bouças Aula 01 57 de 61| www.direcaoconcursos.com.br Física • Contato: é importante somente para condutores elétricos. Esse tipo de eletrização ocorre quando um corpo condutor eletrizado entra em contato com outro corpo condutor. No final desse processo, os corpos envolvidos ficam carregados com cargas de mesmo sinal e a quantidade de carga elétrica em cada corpo depende da dimensão e forma de cada corpo. Segundo o princípio da conservação das cargas elétricas: •Indução: O processo de eletrização por indução ocorre sem contato entre os corpos, sendo apenas por aproximação. A carga final do induzido sempre é contrária à carga do indutor. Lei de Coulomb: |�⃗�| = 𝐾. |𝑄1|. |𝑄2| 𝑑2 Constante eletrostática: K= 1 4𝜋𝜀 Campo elétrico é o campo de forças originado por uma região que envolve uma carga elétrica (ou uma distribuição de cargas). A cada ponto do campo associa-se um vetor campo elétrico. É medido em Coulombs. Dependendo da carga, esse campo pode ser divergente (carga positiva) ou convergente (carga negativa): Fórmulas do campo elétrico: Qa + Qb = Qa’ + Qb’ 𝑄𝑎′ 𝑅𝑎 = 𝑄𝑏′ 𝑅𝑏 Franciele santana - 03627975529 Prof. Ágatha Bouças Aula 01 58 de 61| www.direcaoconcursos.com.br Física |�⃗⃗�| = |�⃗�| 𝑞 |�⃗⃗⃗�| = 𝐾. |𝑄| 𝑑2 |�⃗⃗�| = 𝑈 𝑑 Linhas de força são linhas
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