01. eletrostatica

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Eletrostática
Prof. Marcelo Cury
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CONCEITO DE CARGA ELÉTRICA
Carga elétrica é o nome que se dá a certas propriedades
apresentadas por um corpo ou uma partícula.
AAAA A A A A A A
BBBBBBBB
A e B, nas mesmas
condições, apresentaram
propriedades contrárias.
A e B apresentam cargas
de sinais contrários.
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Um átomo é constituído de prótons,
elétrons e nêutrons. No núcleo estão
os prótons e os nêutrons. Os elétrons
giram em torno do núcleo:
O próton tem carga positiva e o
elétron tem carga negativa. O
nêutron não tem carga. Em seu
estado normal o átomo não
manifesta propriedades elétricas,
pois está neutro. A menor
quantidade de carga que existe na
natureza é chamada de carga
elementar e tem um módulo igual à
carga do próton ou do elétron:
e = 1,6 x 10-19 C
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PRINCÍPIOS DA ELETROSTÁTICA:
A) Princípio da atração-repulsão: cargas de mesmo sinal
se repelem e cargas de sinais contrários se atraem:
+ +
F F F
++
F F
++
F F
++
F F
++
F
+-
F F
-
F
+
F
-
F
+
F
-
F
+
F
-
F
+
F
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B) Princípio da Conservação de Carga Elétrica: num sistema
eletricamente isolado, a soma algébrica das cargas elétricas
(Q) é constante.
QA QBQA QBQA QBQA QBQA QB
TROCA DE CARGAS
Q’A Q
’
BQ
’
A Q
’
BQ
’
A Q
’
BQ
’
A Q
’
BQ
’
A Q
’
B
QA + QB = Q’A + Q’B
Q ANTES = Q DEPOIS
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ELETRIZAÇÃO POR ATRITO:
lãlãlãlã
Quando dois corpos neutros, de materiais diferentes, são
atritados, ocorre uma transferência de elétrons de um corpo para
outro. Assim, um deles eletriza-se positivamente e o outro,
negativamente com cargas iguais em valores absolutos:
ebonite
lãlãlãlã
lã
ebonite
Fluxo de elétrons
lã+
ebonite
-
Ebonite
eletrizada
negativamente
Lã eletrizada
positivamente
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CONDUTORES E ISOLANTES
A ESFERA METÁLICA É
REPELIDA PORQUE
ADQUIRE CARGA DO
MESMO SINAL DO
BASTÃO.
METAL O METAL PERMITIU QUE
CARGAS CHEGASSEM ATÉ
A ESFERA
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PLÁSTICO
O PLÁSTICO NÀO PERMITIU QUE AS CARGAS CHEGASSEM ATÉ A ESFERA METÁLICA
O METAL É CONDUTOR POIS PERMITE A MOVIMENTAÇÀO DE CARGAS ATRAVÉS DELE.
O PLÁSTICO É ISOLANTE (DIELÉTRICO) POIS NÃO PERMITE A MOVIMENTAÇÀO DE
CARGAS ATRAVÉS DELE.
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O METAL É UM CONDUTOR PORQUE POSSUI ELÉTRONS LIVRES
EM SUA ESTRUTURA:
Num sólido, quando há movimentação de cargas, a
movimentação será de cargas negativas.
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ELETRIZAÇÃO POR CONTATO:
QUANDO UM CONDUTOR ELETRIZADO É COLOCADO EM CONTATO
COM UMOUTRO CONDUTOR NEUTRO, NO EQUILÍBRIO OS
CONDUTORES APRESENTAM CARGAS DE MESMO SINAL:{CONTATO{ ANTES
+
++
+
+
+
++
+
+ eeeeeee
Fluxo de elétrons
+
+
+
{DEPOIS
++
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{ ANTES
-
--
-
-
{CONTATO
-
--
-
- e
Fluxo de elétrons
eeeeee
-
-
-
{ DEPOIS
--
No caso particular em que os dois condutores apresentarem o
mesmo tamanho e o mesmo formato, após o contato, eles
apresentarão também cargas de mesmo valor.
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Ao aproximarmos um corpo carregado (indutor) de um condutor
neutro (induzido), haverá uma separação de cargas no condutor
neutro:
+
- + - + - + - + 
+ - + - + - + -
- + - + - + - +
Condutor
neutro-
e
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
+ + + + 
+ + + + 
+ + + +
+
+
+
Apenas os elétrons se movimentam. A extremidade mais próxima do
corpo carregado terá excesso de elétrons e a mais afastada terá
excesso de prótons. Essa separação das cargas é chamada de indução.
ELETRIZAÇÃO POR INDUÇÃO:
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Mantendo-se o corpo carregado próximo do condutor neutro, iremos ligar a
extremidade mais afastado do condutor neutro à Terra. Ela irá ceder elétrons
ao condutor neutro até que essa extremidade se neutralize:
e
e
e
+
+
+
Fio-terra
e
e
e
e
e
e
eeeeee
Se afastarmos o corpo
carregado, o excesso de cargas
negativas irá se espalhar por
todo condutor, que agora
apresentará um excesso de
carga negativa.
e
e
e
e
e
e
+
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Na eletrização por indução, sempre o induzido irá se carregar
com carga de sinal contrária à do indutor. Se aproximarmos um
corpo negativamente carregado de um condutor neutro, no final
do processo de indução o condutor neutro estará positivamente
carregada.
Suponha que um isolante seja constituído de moléculas polares (centro de
cargas positivas não coincide com o centro de cargas negativas):
As moléculas estão
distribuídas ao acaso.
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Vamos aproximar do isolante um corpo positivamente carregado:
+
A extremidade mais próxima do corpo ficará negativamente carregada e a mais
afastada do corpo carregado, ficará positivamente carregada. Esse fenômeno
é chamado de polarização.
Devemos notar que a carga total do dielétrico é nula, a polarização faz
aparecer cargas de sinais contrários nas extremidades do isolante, semelhante
ao que ocorre na indução de um condutor.
+
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- + - + - + - + 
+ - + - + - + -
- + - + - + - +
e
e
e
e
e
e
e
e
e
e
e
e
+ + + + 
+ + + + 
+ + + +
+
+
+
Condutor
neutro
Vamos aproximar um corpo carregado de um condutor neutro:
+ + +
Fatraçào
Frepulsão
Quanto menor a distância entre cargas, maior o valor da força
de interação elétrica. Assim, a força de atração será maior que
a de repulsão.
UM CONDUTOR NEUTRO É ATRAÍDO POR UMCORPO
CARREGADO.
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+ + 
Isolante 
neutro
Frepulsão
Fatraçào
Vamos aproximar um corpo carregado de um isolante:
UM ISOLANTE NEUTRO É ATRAÍDO POR UM CORPO CARREGADO.
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É um dispositivo que nos permite determinar se um corpo está
carregado ou não.
A) Pêndulo Elétrico: é
constituído por uma
bolinha de isopor
recoberta por papel
metálico, suspensa por
um fio isolante:
Corpo neutro
Quando um corpo neutro é aproximado de um pêndulo neutro, o pêndulo não
é atraído.
ELETROSCÓPIOS.
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- -e
e
e
e
e
e
e
e
e
e
e
e
e
e
+
+
+
- -- -- -- -- -
Quando um corpo carregado for aproximado de um pêndulo
elétrico, o pêndulo será atraído
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B) Eletroscópio de Folhas: É constituído por uma bola metálica
presa a uma haste condutora. Na extremidade desta haste existe
duas folhas metálicas que pode se abrir e fechar livremente:
Quando um corpo neutro é
aproximado de um eletroscópio de
folhas, as folhas não se abrem.
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e e e e e e ee e e e e e ee e e e e e ee e e e e e ee e e e e e ee e e e e e ee e e e e e e
e
e
e
e
e
e
e
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eee
e
e
e
ee ee e
e e
e e
e e
e e
e e
e ee e
e e
e e
e e
e e
e e
e e
e e
e ee e
Se fosse aproximado um corpo positivamente
carregado elétrons das folhas seriam atraídos
para a esfera. As folhas iriam se carregar
positivamente. Com isso as folhas iriam se repelir
e se abririam.
Quando um corpo carregado é aproximado de um eletroscópio de folhas, as
folhas se abrem.