Carga Elétrica

Prévia do material em texto

*
*
*
Cap. 22 Cargas Elétricas
1. Introdução: (Cargas, Campos e Forças Elétricas)
 Partículas Estacionárias
 Distribuição Contínua de Cargas
 Efeito do Campo Elétrico sobre outras Partículas Carregadas 
(Modelos de uma Partícula num Campo e sob ação de uma Força Resultante)
“Leis da Eletricidade e do Magnetismo desempenham papel central na operação de aparelhos elétricos e eletrônicos” 
“As Forças Interatômicas e Intermoleculares responsáveis pela formação dos sólidos e líquidos têm origem ELÉTRICA”
“Forças que empurram ou puxam os corpos em contato e a Força Elástica em uma mola TAMBÉM surgem das Forças Elétricas em Nível Atômico” 
*
*
*
Revisão Histórica:
Magnetismo  Documentos China ~ 2000 a.C.
Gregos  Fenômenos Magnéticos e Elétricos ~ 700 a.C.
		 - Pedaço de Âmbar (elektron) atritado atrai (palha, pena)
		 - Pedra natural Magnetita (Fe3O4) atraída pelo ferro
1600 William Gilbert  Eletrificação (Fenômeno Geral)
1785 Charles Coulomb  Lei do Inverso do Quadrado p/Força
1820 Hans Oersted  Nasce o Eletromagnetismo
1831 Michael Faraday (Ingl.) e Joseph Henry (E.U.)  Indução Eletromag.
 
1873 James Clark Maxwell  Formulou Leis do Eletromagnetismo (atual)
1888 Heinrich Hertz  Verificou as previsões de Maxwell (produziu OEM)
(Seguida por aplicações: Rádio e a Televisão)
*
*
*
“O trabalho de Maxwell (As Leis do Eletromagnetismo) é comparável em importância à descoberta por Newton das Leis do Movimento e da Teoria da Gravitação”
2. Propriedades das Cargas Elétricas
 Eletricidade Estática (Cargas paradas sobre um objeto)
(Roupas, no carro, pente, balão, papel do xérox, transparência..) 

Atração entre os corpos que se atritam (pente/cabelo)
Nestes casos dizemos que os corpos estão 
Carregados Eletricamente

Movimento dos Objetos ou Mudança de Velocidade e Direção implica na ação de uma Força  Física I

Forças Eletrostáticas (entre cargas elétricas)
Por que ou como o corpo fica carregado eletricamente ?
*
*
*
Todos os Materiais são constituídos de Átomos
Átomo (ou molécula, ou material) Neutro  N+ = N-  QR= 0
QR 0  Átomo (objeto) carregado  ÍON (+ ou -)
Átomo  Carga + no núcleo e negativa nos elétrons
A Carga Elétrica é uma característica intrínseca das partículas (como é a massa)  Portadores de Carga
“Materiais Diferentes Atritados, perdem ou ganham carga elétrica (elétrons)  ionizam (eletrizam) ” 
Série Triboelétrica (+  -)
vidro  mica  lã  seda  papel  madeira âmbar.... 
Átomo (3 +) e (3 –) 
e íons de Lítio
*
*
*
Propriedades das Cargas Elétricas
Benjamin Franklin (1706-1790)  Arbitrariamente definiu Q +/-
Cargas iguais se repelem e cargas diferentes se atraem
A carga resultante num sistema isolado é sempre Conservada
(Ex: Decaimento Radioativo de Núcleos, Aniquilação e Produção de Pares)
Portanto, quando dois corpos neutros são atritados e eletrizados, cargas elétricas não são criadas. Elétrons são transferidos de um corpo neutro para o outro, um fica positivo (menos elétrons) e o outro negativo (mais elétrons). 
*
*
*
3. Isolantes e Condutores
 - Condutores: parte da carga negativa pode se mover 			 (elétrons livres ou de condução)
 - Isolantes: poucos ou quase nenhum elétron pode se 	 	 mover de um átomo p/outro
“A carga depositada sobre um Material Condutor se distribui homogeneamente sobre ele, devido a repulsão eletrostática”
A carga depositada sobre um Material Isolante permanece no local onde ela foi colocada, não tende a se deslocar 
 - Semicondutores: classe de materiais com propriedades 	 elétricas entre as dos isolantes e as dos condutores 			(menos elétrons livres): Ex. Si e Ge
*
*
*
Muitas Aplicações: Pintura eletrostática, impressora jato de 	tinta, cópias xérox, coletores de gases e fuligem etc...
Eletrização: É estabelecer um desequilíbrio entre as cargas.
		- Por atrito ou por Indução
Polarização: Induz a separação das cargas sobre um corpo. 
		 É usada na eletrização por indução.
*
*
*
4. Quantização da Carga
	
	- Época de Franklin  Carga elétrica  Fluido Contínuo
	
	- Toda matéria (gás, líquidos, sólidos) é DISCRETA
	- “O Fluido Elétrico” também não é contínuo 
Qualquer carga q positiva ou negativa pode ser escrita como um múltiplo inteiro da Carga Elementar (e)  q = n·e 
n = 1, 2, 3 …..(Quantização)
Elétron  q = -1e Próton  q = +1e Nêutron  q = 0
 
q = 1,60 x 10-19 C
*
*
*
5. A Lei de Coulomb 
	- Charles Augustin Coulomb, 1785
	- Balança de Torção (Cavendish): 
			- F  1/r2, F  as cargas. 
k = constante eletrostática = 8,99 x 109 N.m2/C2
o = cte. de permissividade = 8,85 x 10-12 C2/N.m2
- Par de forças (3a Lei de Newton)
- Direção e Sentido (depende das cargas).
Força Atrativa ou repulsiva
*
*
*
Principio de Superposição: Para n cargas (Soma Vetorial)
Teoremas para Cascas Esféricas:
“Uma casca uniformemente carregada atrai ou repele uma partícula carregada que esta fora da casca como se toda a carga da casca estivesse concentrada no seu centro”
“Se uma partícula carregada estiver localizada no interior de uma casca uniformemente carregada, não haverá nenhuma forca eletrostática resultante da casca sobre a partícula” 
Condutores Esféricos (Maciço):
Carga em Excesso  espalha uniformemente sobre a 				 superfície externa.