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Eletrostática Prof. Marcelo Cury 2 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. 3 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 4 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 5 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 6 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 7 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 8 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. 9 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. 10 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 ++ 11 { 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. 12 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: 13 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 + 14 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. 15 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. + 16 - + - + - + - + + - + - + - + - - + - + - + - + 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. 17 + + Isolante neutro Frepulsão Fatraçào Vamos aproximar um corpo carregado de um isolante: UM ISOLANTE NEUTRO É ATRAÍDO POR UM CORPO CARREGADO. 18 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. 19 - -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 20 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. 21 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 e 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.
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