Slide 1 - estrutura da matéria e fundamentos básicos

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ELETRIZAÇÃO: DA ESTRUTURA DA MATÉRIA AOS FUNDAMENTOS BÁSICOS
Prof. Estevão Antunes Jr.
ESTRUTURA DA MATÉRIA
A carga elétrica é uma manifestação da estrutura interna da matéria. Por isso, antes de entender eletrização, precisamos recordar como os átomos são organizados.
Prótons: formados por 3 quarks (2 up e 1 down) - férmions
Nêutrons: formados por 3 quarks (2 down e 1 up) - férmions
Elétrons: partículas elementares - férmions
IMPORTANTE: o modelo atômico representado é clássico. Devemos tomar cuidado com a interpretação do elétron como uma “bolinha”.
ESTRUTURA DA MATÉRIA
Mas a descoberta do elétron por Thomson em 1897 e a descoberta do próton por Rutherford em 1911 nos fizeram entender a eletricidade deforma mais consistente.
Desde a Antiguidade, Tales de Mileto já se sabia que, por exemplo, o âmbar atritado atraía palha e que o vidro atritado se comportava de modo diferente do âmbar.
No século XVIII, Charles Dufay e Benjamin Franklin mostraram que existiam dois tipos de “eletricidade” e que “corpos de mesmo tipo” se repeliam e “corpos de tipos diferentes” se atraiam.
Corpos eletrizados com cargas de mesmo sinal se repelem
Corpos eletrizados com cargas de sinal oposto se atraem
ESTRUTURA DA MATÉRIA
O problema agora é quantificar o fenômeno, foi aí que em 1913 Milikan apresentou o resultado do experimento que media a carga do elétron
E esse valor absoluto nós chamamos de carga elementar, que é o menor valor de carga elétrica possível na Física Clássica
ESTRUTURA DA MATÉRIA
Assim, sabemos que um corpo macroscópico é constituído de átomos que são constituídos de prótons e elétrons. Ou seja
Se diz que um corpo está eletrizado quando o
número total de prótons ≠ número total de elétrons
Se diz que um corpo está neutro quando o
número total de prótons = número total de elétrons
E na Física Clássica, o único constituinte que realmente se desloca é o elétron. Ele é leve, está na eletrosfera e pode ser transferido com mais facilidade entre corpos.
ESTRUTURA DA MATÉRIA
Agora podemos calcular a quantidade de eletricidade de um corpo macroscópico, ou, oque chamamos de carga elétrica de um corpo macroscópicos
Então me diz. Se tivermos um corpo neutro e retirarmos dele 1.000 elétrons, qual será o valor da carga total do corpo? E se, em vez de retirarmos, colocássemos 1.000 elétrons em um corpo inicialmente neutro?
Q = n.e
A unidade de carga elétrica é o Coulomb (C) em homenagem a um Físico francês do século XIX. Podemos responder quantos elétrons correspondem à carga de 1C?
ELETRIZAÇÃO
Tá, mas como eu posso fazer para tirar ou colocar elétrons em um corpo?
A eletrização é o processo para tornar um material eletrizado, mas é preciso considerar a lei da conservação de carga, em que cargas nunca são criadas nem aniquiladas, sempre há a transferência de cargas de um corpo para outro.
ATRITO
CONTATO
INDUÇÃO
ELETRIZAÇÃO
Por ATRITO
Um dos corpos “arranca” os elétrons do outro
Os dois corpos ficam eletrizados: o corpo que “arrancou” os elétrons fica carregado negativamente (excesso de elétrons) e o outro positivamente (falta de elétrons)
Ambos ficam com o mesmo valor de carga elétrica, mas de sinais diferentes
Vamos considerar dois materiais diferentes e, inicialmente, eletricamente neutros
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ELETRIZAÇÃO
A série triboelétrica surgiu da observação experimental de que diferentes materiais têm mais ou menos facilidade para liberar ou capturar elétrons durante o atrito. Quando dois materiais são esfregados, elétrons podem ser transferidos de um para outro.
A ordem em que eles aparecem na série representa essa tendência:
- Topo da série: materiais que facilmente cedem elétrons ficam positivamente carregados.
- Base da série: materiais que facilmente recebem elétrons ficam negativamente carregados.
ELETRIZAÇÃO
Por CONTATO
Vamos considerar duas esferas condutores de mesmo raio.
Como são do mesmo tamanho, a carga inicial é dividida igualmente para os dois corpos
Por serem condutores, a carga é distribuída igualmente em todas as direções
Ambos ficam carregados com a mesma carga e de mesmo sinal
ELETRIZAÇÃO
Por CONTATO
E se não forem do mesmo tamanho?
Sempre mais carga para a esfera com maior raio
ELETRIZAÇÃO
Por INDUÇÃO
Vamos imaginar um corpo qualquer eletrizado e um corpo condutor esférico neutro
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A esfera fica eletrizada com carga de sinal oposto ao cano de PVC
Inicialmente ocorre a polarização do corpo neutro
A carga final da esfera nunca será maior que a carga do cano
ELETRIZAÇÃO
Por INDUÇÃO
1º) Aproxima o corpo carregado (INDUTOR) - Polariza o corpo neutro (INDUZIDO)
2º) Liga o corpo induzido na Terra - Neutraliza o lado oposto
3º) Desliga o fio Terra
4º) Afasta o indutor
ELETRIZAÇÃO
Se aproximarmos um corpo eletrizado de um corpo neutro, o que acontece?
Atração de corpo neutro
EXEMPLO DOS ELETROSCÓPIOS
Aproximando um corpo eletrizado
EXEMPLO DOS ELETROSCÓPIOS
E se eletrizarmos o eletroscópio?
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