Apostila 3 ano - Eletricidade

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3° ANO 
Eletrostática 
Eletrostática é uma área da Física que se destina ao estudo das cargas elétricas em repouso e dos 
fenômenos relacionados a elas. 
"Os fenômenos eletrostáticos estudados por essa área do conhecimento surgem em decorrência da 
força de atração e repulsão que as cargas elétricas exercem umas sobre as outras. Falaremos sobre 
algumas das propriedades da Eletrostática, tais como carga elétrica, eletrização, força elétrica, campo 
elétrico." 
 
Carga elétrica 
A carga elétrica é uma propriedade intrínseca (própria) das partículas fundamentais da matéria, como 
prótons e elétrons, assim como a massa. Corpos eletricamente neutros apresentam a mesma quantidade 
de cargas elétricas positivas e negativas. A unidade de carga elétrica no Sistema Internacional de 
Unidades é o Coulomb (C). 
Além disso, a carga elétrica é uma grandeza física quantizada, isto é, ela apresenta um valor mínimo, 
de forma que não é possível encontrar corpos eletrizados com um módulo de carga elétrica menor que 
esse valor, chamado de carga fundamental, geralmente denotado pela letra . 
Os prótons e elétrons apresentam exatamente esse valor de carga elétrica, cerca de C. 
Portanto, quando um corpo está eletricamente carregado, sua carga é um múltiplo inteiro da carga 
fundamental, uma vez que a eletrização ocorre a partir da adição ou remoção de elétrons, visto que os 
prótons encontram-se ligados no interior dos núcleos atômicos. 
 
Exercício 1 - Um corpo tem elétrons e prótons. Dado que a carga elétrica de um elétron 
(ou de um próton) vale, em módulo, C, podemos afirmar que o corpo está carregado com 
uma carga elétrica de: 
Exercício 2 - De um corpo eletricamente neutro, retira-se uma certa quantidade de elétrons e ele 
adquire carga de Q= 8.10
–11
 C. Sendo a carga elementar e = 1,6 . 10
–19
 C, o número de elétrons 
retirados desse corpo foi cerca de: 
Eletrização 
Eletrização é todo processo capaz de gerar uma diferença entre o número de cargas positivas e 
negativas de um corpo. Quando um corpo apresenta o mesmo número de cargas positivas e negativas, 
dizemos que ele está neutro; se esses números forem diferentes, dizemos que ele está eletrizado. 
Todos os processos de eletrização ocorrem de acordo com os princípios de conservação da carga 
elétrica e da energia, ou seja, antes e depois da eletrização, o número de cargas e a quantidade de 
energia entre as cargas devem ser iguais. Existem basicamente três processos de eletrização: a 
eletrização por contato, por atrito e por indução: 
A eletrização por contato envolve dois corpos condutores, e pelo menos um deles deve estar 
eletricamente carregado. Quando os dois corpos entram em contato, as suas cargas elétricas dividem-se 
até que os dois estejam sob o mesmo potencial elétrico. Ao final do processo, os corpos apresentam o 
mesmo sinal de cargas. 
A eletrização por atrito envolve o fornecimento de energia para dois corpos por meio da fricção entre 
eles. Durante a fricção (atrito), alguns elétrons são arrancados de um dos corpos, sendo capturados em 
seguida pelo outro corpo. 
A eletrização por indução ocorre pela aproximação relativa entre um corpo eletricamente carregado, 
chamado de indutor, e um corpo condutor, chamado de induzido. A presença do indutor gera uma 
separação de cargas no corpo induzido, chamada de polarização. A partir dessa separação, aterra-se o 
induzido no chão, fazendo com que suas cargas fluam através de um fio terra. 
Força elétrica 
Dois corpos eletricamente carregados podem exercer atração ou repulsão entre si de acordo com o 
seu sinal de carga. Corpos com cargas elétricas de sinais iguais repelem-se, e corpos cujas cargas 
elétricas possuem sinais contrários atraem-se. 
A lei que nos permite calcular o módulo* da força elétrica exercida entre duas cargas é a Lei de 
Coulomb, apresentada pela expressão a seguir: 
 
ATENÇÃO NAS UNIDADES DE MEDIDA 
Exercício 1 - Duas cargas elétricas puntiformes idênticas e iguais a 1,0 · 10
–6
 C estão separadas de 
30,0 cm, no vácuo. Sendo a constante eletrostática no vácuo igual a 9,0 · 10
9
 N · m
2
/C
2
, a intensidade 
da força de repulsão entre as cargas, em newtons, vale: 
Exercício 2 - Duas cargas elétricas iguais de 2 · 10
–6
 C se repelem no vácuo com uma força de 0,1 N. 
Sabendo que a constante elétrica do vácuo é de 9 · 10
9
 N m
2
/C
2
, qual a distância entre essas cargas? 
Exercício 3 - Duas cargas elétricas, com cargas de 2,3 C e 1,2 C, estão separadas a 150 centímetros no 
vácuo. Determine a força elétrica entre elas. 
Exercício 4 - Duas cargas elétricas puntiformes idênticas e iguais a 2,0 · 10
–6
 C estão separadas de 
100,0 cm, no vácuo. Sendo a constante eletrostática no vácuo igual a 9,0 · 10
9
 N · m
2
/C
2
, a intensidade 
da força de repulsão entre as cargas, em newtons, vale: 
Campo elétrico 
O campo elétrico é uma grandeza física vetorial atribuída a cargas elétricas. Toda carga elétrica 
influencia o espaço ao seu redor por causa do seu campo elétrico. Podemos entender o campo elétrico, 
portanto, como a influência que as cargas elétricas exercem em seus arredores. A unidade de campo 
elétrico no Sistema Internacional de Unidades é o Newton por Coulomb (N/C) ou o Volt por metro 
(V/m), já que as duas são unidades equivalentes. 
O campo elétrico gerado por uma carga elétrica pode ser calculado por meio das expressões a seguir: 
ou 
Linhas de Campo 
Linhas de Campo é uma maneira útil de representar graficamente o campo elétrico é através de linhas 
imaginárias. A representação de um campo elétrico por linhas de campo permite visualizar a direção e 
sentido do campo elétrico em cada ponto do espaço, e permite comparar a intensidade do campo 
elétrico em duas regiões do espaço distintas. Para além disso, as linhas nunca se podem cruzar porque 
nesse caso haveria uma ambiguidade na determinação do vetor campo elétrico nesse ponto. 
 
Exercício 1 - Represente o vetor campo elétrico E produzido pela carga Q no ponto P de cada item: 
 
Exercício 2 – O campo elétrico gerado por uma carga puntiforme de 2,0 C a uma distância de 50 cm 
da carga é equivalente a: 
Exercício 3 – (Mack-SP) Uma carga elétrica puntiforme com q = 4,0 μC, que é colocada em um ponto 
P do vácuo, fica sujeita a uma força elétrica de intensidade 1,2 N. O campo elétrico nesse ponto P tem 
intensidade: 
Exercício 4 – (FEI-SP) A intensidade do vetor campo elétrico num ponto P é 6. N/C. Uma carga 
puntiforme q = 3. C colocada em P, ficará sujeita a uma força elétrica cuja intensidade: 
Exercício 5 – Uma carga elétrica pontual de valor 64. C é posta em determinado lugar no vácuo, 
ela gera um campo de 9 N/C em qual distância? . 
Prefixos 
 
Exercício 1 - Uma esfera metálica que estava neutra sofreu a ação de três processos eletrostáticos 
consecutivos na ordem dada abaixo: 
I - Retiram-se dela 5.10
13
 elétrons; 
II - Retiram-se dela mais 5.10
12
 elétrons; 
III - Ela recebe 5,55.10
14
 elétrons. 
Sendo e = 1,6.10
-19
 C, calcule, a carga da esfera ao final de cada processo. 
Exercício 2 - Determine a carga elétrica total de um corpo com elétrons. Lembrando que a 
carga elementar vale C. 
Exercício 3 - Duas cargas elétricas, com cargas de 4,4 C e 1,5 C, estão separadas a 200 centímetros no 
vácuo. Determine a força elétrica entre elas. 
Exercício 4 - (Mackenzie-SP) Nos pontos A e B do vácuo ( k0 = 9.10⁹ N.m/C²) são colocadas as 
cargas elétricas puntiformes qA = 8. C e qB = 6 μC, respectivamente. A força de repulsão entre 
as cargas tem intensidade de 1,2 N. A distância entre os pontos A e B é: 
Exercício 5 – A uma distância de 50 metros, temos o campo elétrico produzido por uma carga Q, cujo 
valor é de 12 C. Sabendo que a constante eletrostática do vácuo vale 9 ∙10 N ∙ m2 / C2 , encontre 
o valor desse campo elétrico. 
Exercício 6 – Uma carga elétrica puntiforme com q = 0,3 μC, que écolocada em um ponto P do 
vácuo, fica sujeita a uma força elétrica de intensidade 1,23 N. O campo elétrico nesse ponto P tem 
intensidade: 
Exercício 7 - A figura abaixo representa uma carga Q positiva e um ponto P do seu campo elétrico, 
onde é colocada uma carga de prova q negativa. Represente corretamente o ponto de atuação e o 
sentido do vetor campo elétrico em P e da força que atua sobre q. 
 
Eletrodinâmica 
A eletrodinâmica é a parte da Física que estuda as cargas elétricas em movimento, ou seja, a dinâmica 
da eletricidade. 
A eletrodinâmica é o ramo da Física que estuda as cargas elétricas em movimento. Os principais 
conceitos estudados nessa área são a corrente elétrica (i), a resistência elétrica (R) e a potência elétrica 
(P). 
A corrente elétrica é o movimento ordenado das cargas dentro de um condutor devido a uma diferença 
de potencial (ddp), e é determinada pela quantidade de carga (ΔQ) que passa em um determinado 
tempo (Δt). Sua unidade de medida é o ampere (A). 
 
Resistência elétrica é a dificuldade da passagem de corrente em um condutor. A resistência elétrica é 
encontrada por meio da 1ª e 2ª lei de Ohm, que relacionam a resistência com a tensão (U) e a corrente 
(i), bem como a resistência com o tipo de material de que o condutor é feito. Sua unidade de medida é 
o ohm (Ω). 
A potência elétrica é a eficiência em transformar energia e pode ser encontrada por meio da tensão e da 
corrente de um dispositivo. Sua unidade de medida é o watt (w). 
→ 1ª lei de Ohm 
A 1ª lei de ohm determina que a corrente elétrica (i) é proporcional à tensão (U) a que o condutor está 
submetido. E se essa relação é constante, ou seja, se a resistência elétrica (R) é constante, chamamos 
esses resistores de ôhmicos. 
i: corrente elétrica (A) 
R: resistência elétrica (Ω) 
U: tensão (V) 
 
 
 
 
 
→ 2ª lei de ohm 
A segunda lei de Ohm determina que a resistência elétrica é uma característica do corpo e depende do 
formato (comprimento e área) e do material com o qual o corpo é feito, a resistividade (ρ). A 2ª lei de 
Ohm relaciona essas duas características. 
L: comprimento do condutor (L) 
R: resistência elétrica (Ω) 
A: área do condutor (m²) 
ρ: resistividade (Ω. m²)" 
 
Potência elétrica 
A potência é a eficiência dos equipamentos em transformar energia, ou seja, o quão rápido o 
dispositivo consegue transformar uma energia (ΔE) em outra. É medida em watts (W). No caso da 
potência elétrica, temos a eficiência de transformar a energia elétrica em outras energias, como 
térmica, luminosa e sonora. 
P: potência elétrica (A.V ou W) 
i: corrente elétrica (A) 
U: tensão (V) 
 
Exercício 1 - Pela secção reta de um condutor de eletricidade passam 18,0 C a cada minuto. Nesse 
condutor, a intensidade da corrente elétrica, em Amperes, é igual a: 
*secção reta ou secção transversal é a área cortada., 
Exercício 2 - Uma corrente elétrica com intensidade de 8,0 A percorre um condutor metálico. A carga 
elementar é e = 1,6.10
-19
 C. Determine o tipo (próntons, elétrons ou nêutrons) e o número de partículas 
carregadas que atravessam uma secção transversal desse condutor, por segundo. 
Exercício 3 - Uma corrente elétrica de 0,5 A percorre um fio condutor durante 3 minutos. Qual é o 
módulo da carga elétrica que percorreu o fio durante esse tempo? 
Exercício 4 - Quando ligamos o resistor de uma chapinha elétrica de 508 Ω em uma tomada, ela é 
percorrida por uma corrente de 4 A. Com base nisso, determine o valor da ddp dessa tomada. 
Exercício 5 - Um resistor de 900 Ω está conectado a uma bateria de 360 V . Qual é o valor da 
corrente elétrica que o percorre? 
Exercício 6 - A resistência de uma secadora de roupas dissipa uma potência de 5000 W na forma de 
calor sempre que a ligamos a uma tomada de 110 V . Para isso ocorrer, é necessário que haja 
passagem de uma corrente elétrica. Então, qual é a intensidade dessa corrente elétrica, 
aproximadamente? 
Exercício 7 - O choque elétrico é uma sensação provocada pela passagem de corrente elétrica pelo 
corpo. As consequências de um choque vão desde um simples susto à morte. A circulação das cargas 
elétricas depende da resistência do material. Para o corpo humano, essa resistência varia de 1000 Ω, 
quando a pele está molhada, até 100 000 Ω, quando a pele está seca. Uma pessoa descalça, lavando sua 
casa com água, molhou os pés e, acidentalmente, pisou em um fio desencapado, sofrendo uma 
descarga elétrica em uma tensão de 120 V. Qual a intensidade máxima de corrente elétrica que passou 
pelo corpo da pessoa? 
Exercício 8 - Alguns peixes, como o poraquê, a enguia-elétrica da Amazônia, podem produzir uma 
corrente elétrica quando se encontram em perigo. Um poraquê de 1 metro de comprimento, em perigo, 
produz uma corrente em torno de 2 Amperes e uma voltagem de 600 Volts. O quadro apresenta a 
potência aproximada de equipamentos elétricos. 
 
Qual equipamento elétrico que tem potência similar àquela produzida por esse peixe em perigo? 
 
Exercício 9 - Qual das seguintes afirmações sobre corrente elétrica está correta? 
a) A corrente elétrica é uma forma de energia armazenada em baterias. 
b) A corrente elétrica é o movimento ordenado de partículas carregadas em um circuito elétrico. 
c) A corrente elétrica só pode ser gerada por meio de raios durante uma tempestade. 
d) A corrente elétrica é um tipo de energia mecânica utilizada em motores.