Carga Elétrica e Eletrização

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Eletrostática Carga Elétrica
INTRODUÇÃO
1 - Carga Elétrica: É um conceito primitivo,ou seja , não se tem uma definição concreta. Sabe-se apenas que quando os corpos são atritados entre si ele adquirem a a propriedade de atrair outros corpos. 
Obs. Os gregos já tinham conhecimento desta propriedade a 600 AC (Tales de Mileto). 
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1.2 - TIPOS DE CARGAS
 Benjamin Franklin(1740) elaborou uma série de experiências na tentativa de identificar quantos tipos de carga existiam na natureza.
Após ele atritar centenas de materiais ele observou que:
“ Um bastão de vidro, quando atritado na seda adquiria um comportamento contrário do que ocorria com um bastão de âmbar (resina vegetal) quando atritado na lã. “
Conclusão: “Na natureza existe dois tipos de cargas elétricas”
Bastão de vidro, quando atritado na seda = Carga Positiva
Bastão de âmbar, quando atritado na lã = Carga Negativa.
 
Obs. Este padrão serve para identificar a carga que encontra-se nos corpo após serem atritados.
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Comentários:
A carga elétrica é uma das propriedades fundamentais da matéria e está associada a algumas partículas elementares" 
Importante: Num átomo elétricamente neutro temos:
 N de elétrons = N de prótons
 Carga do elétron = Carga do Próton 
 Massa do próton = 1870 massa mo elétron
 Obs. - De uma forma geral os átomos são eletricamente neutros. Somente quando é rompido o equilíbrio entre prótons e os elétrons é que a matéria manifesta as suas propriedades elétrica. 
 
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1.3 – PROPRIEDADES DAS CARGAS ELÉTRICAS
1 – Carga Elementar: É a carga encontrada nos próton e elétron.
2 - Quantização da Carga: A carga elétrica total em um corpo pode ser expressa em termos das cargas elementares dos prótons ou dos elétrons.
Q = n . e Q – Carga total de um corpo
 n - n de cargas elementares
 e - carga elementar
3 - Princípio da conservação da carga elétrica:
 “ A carga líquida em um sistema eletricamente isolado permanece sempre constante”
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1.4 – UNIDADE DE CARGA ELÉTRICA
- No sistema internacional de unidades (SI), a quantidade de carga elétrica de um corpo eletrizado é medida em coulomb (C).
Um coulomb é a quantidade de carga que atravessa, em um segundo, a secção reta de um fio percorrido por uma corrente de um ampère ).
Obs. Para se obter, um Coulomb, é necessário muitas cargas elementares. 
 “1 Coulomb = 6,25 x 1018 elétrons “
 
Submúltiplos: 
 
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1.5 - CONDUTORES E ISOLANTES “A estrutura e a natureza elétrica dos átomos são responsáveis pelas propriedades dos condutores e isolantes” 
 
1 – Materiais sólidos condutores : os elétrons mais externos dos átomos estão fracamente ligados a sua camada de valência, de forma que ficam livres dentro da estrutura do material, formando uma nuvem eletrônica . Os metais possuem esta característica .
 Obs. As soluções iônicas tais como soluções de sais e ácidos também são condutoras. Neste caso, as cargas móveis, são os íons positivos e negativos.
2 - Materiais isolantes: Os elétrons estão fortemente ligados a sua camada de valência. Estes materiais não permitem elétrons livres. São também denominados dielétricos.
Ex. borracha, o vidro, a madeira, o plástico, porcelana, etc. 
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1.6 – OUTRAS FORMAS DE ELETRIZAÇÃO.
Eletrização por Contato: 
Obs. Ao final do processo, ficará com maior carga, o condutor com a maior dimensão geométrica. O corpo inicialmente neutro ficará com cargas de mesmo sinal. 
Obs. - Ligação à Terra - Quando um condutor 
eletrizado é aterrado, ele ficar neutro pois a 
dimensão do condutor é desprezível, comparada
com a da Terra, ficando esta com toda a carga. 
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b) Eletrização por Indução:
Aproximando-se uma haste eletrizada( indutor) de uma esfera neutra(induzido) observa-se que a esfera sofre um processo de indução . A carga de sinais contrário ao da haste se aproximam e a de mesmo sinal se afastam. Em seguida, faz-se a ligação da esfera com a Terra. As cargas negativas da esfera estarão presas por atração à haste e o excesso de cargas positivas da outra extremidade, atrairão elétrons da Terra. 
Desfazendo-se a ligação com a Terra e afastando-se em seguida a haste,
 as cargas negativas se espalham sobre todo o condutor. 
No final do processo, INDUTOR e INDUZIDO terão cargas de sinais diferentes. 
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1.7 – CONDUTORES EM EQUILÍBRIO ELETROSTÁTICO 
Quando se tem condutores com excesso de carga observa-se que esta carga espalha-se sobre a superfície externa do condutor(Fig. 1).
Porém a densidade de carga , em um condutor, é inversamente proporcional a sua área de superfície, ou seja menores áreas maiores densidades de carga(Fig.2) . Isto explica o poder das pontas, cujo princípio é utilizado em para-ráios ( Fig. 3) 
Eletrostática Carga Elétrica
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Obs. cargas puntiformes: São corpos 
carregados de dimensões desprezíveis 
ou são corpos extensos separados por 
distâncias muito grandes de forma a
 desprezar suas dimensões. 
2 – LEI DE COULOMB. 
 Em 1784, o físico francês Charles Augustin de Coulomb (1736-1806) descobriu a lei da força quantitativa entre duas “cargas puntiformes”, medindo as forças de atração e repulsão, usando uma balança de torção. 
Eletrostática Força Elétrica
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2.1- Resultados Experimentais de Coulmb.
 
 
Constante de Coulomb
;  - Constante de permissividade elétrica do meio 
Obs. No vácuo: ( S I ) 
Neste Caso:
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Eletrostática Força Elétrica
Características do Vetor Força Elétrica
1 – Módulo: O valor numérico da Força elétrica 
 é obtida pela expressão:
- Direção: É obtida traçando-se uma linha que une as cargas.
3 – Sentido: Depende dos sinais das cargas:
 Cargas de mesmo sinal: Repulsão Cargas de Sinais Contrárias Atração
direção
+
+
direção
sentido
sentido
sentido
direção
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2.2 – Força Resultante ( Princípio da Superposição)
Sejam as cargas, q1 , q2 , q3 ......qn todas do mesmo tipo, para facilitar. A força vetorial que atua sobre a carga q, devido às cargas: q1 , q2 , q3 ......qn é a soma vetorial (resultante) das várias forças, geradas de forma independente. pelas várias cargas, conforme a Figura. Logo: 
Eletrostática Força Elétrica
(soma vetorial)
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Exemplo : Determinação da força elétrico resultante sobre a carga q3 devido as cargas q 1 e q 2, conforme a figura abaixo. 
1 - Método do paralelogramo
Eletrostática Força Elétrica
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2 – Método da Decomposição de vetores.
Componentes:
Resultante em cada eixo:
Resultante final:
Eletrostática
Força Elétrica