CONCEITOS FUNDAMENTAIS, ELETROSTÁTICA, LEI DE COULOMB

Prévia do material em texto

Aula 1
•Conceito de matéria
•Divisão atômico molecular
•Carga elementar
•Níveis de energia
•Classificação dos materiais
•Condutores e isolantes
ESTRUTURA ATÔMICA
Vamos começar definindo alguns conceitos importantes:
Matéria – é tudo aquilo que ocupa lugar no espaço. Ela
é constituída por substâncias que são definidas conforme
suas propriedades. Ex.: água, madeira, vidro.
ESTRUTURA ATÔMICA
Elementos – são substâncias que se diferem uma das
outras em função de sua constituição atômica, por
exemplo: o hidrogênio (H), o cobre (Cu), o silício (Si),
o oxigênio (O), o ouro (Au), a prata (Ag). etc... . As
substâncias são denominadas simples, quando são
formadas por um só elemento (ex: o ferro, na sua
formação só tem o elemento Fe). As substâncias são
ditas compostas quando são formadas por dois ou
mais elementos como, por exemplo, a água (H2O).
ESTRUTURA ATÔMICA
Moléculas – (Latim – “pequeno objeto”) é a menor
parte de uma substância que ainda conserva todas as
suas características. Ex: a molécula de água (H2O), de
hidrogênio (H2), de dióxido de carbono (CO2), de
monóxido de carbono (CO).
ESTRUTURA ATÔMICA
Átomo – (Grego – “a” = não, “tomos” = parte) é a menor
partícula na qual pode ser dividido um elemento mantendo
ainda suas propriedades físico-químicas mínimas. O átomo
é a unidade fundamental da matéria, que é constituída por
átomos. É formado por duas regiões básicas: o núcleo
atômico e a eletrosfera. O núcleo é constituído de prótons
(cargas positivas) e nêutrons (cargas neutras). Em torno
do núcleo, na eletrosfera, estão os elétrons (cargas
negativas). Elétrons, prótons, nêutrons são as partículas
básicas do átomo que se combinam para formar todos os
elementos básicos que constituem os materiais do
universo.
ESTRUTURA ATÔMICA
ESTRUTURA ATÔMICA
Elétrons Livres – são elétrons bastante afastados do
núcleo. Por isso são facilmente deslocados, pois quanto
maior à distância entre o elétron e o núcleo, menor a
força de atração entre eles.
ESTRUTURA ATÔMICA
Camada de valência – é a camada mais distante do
núcleo e dela dependem as propriedades elétricas do
átomo.
Elétrons de Valência – são elétrons que ocupam a
órbita mais externa (camada de valência).
Modelo de Rutherford e Bohr
Elétrons distribuídos em
camadas:
K – 2
L – 8
M – 18
N – 32
O – 32
P – 18
Q – 2
ESTRUTURA ATÔMICA
- Massa do prótons >> Massa do elétrom
- Carga do próton = Carga do elétron = 1,6 x 10-19 C
C = Coulomb = unidade de carga no S.I.
-Carga elétrica (Por Convenção):
Próton (+)
Elétrons (-)
ESTRUTURA ATÔMICA
- Algumas Fórmulas Básicas:
A – número de massa
Z – número atômico
P – prótons
N – nêutrons
e – elétrons
Z = P = e
A = P+N
A = Z+N
A = e+N
ESTRUTURA ATÔMICA
Exemplo: Calcule o número de prótons, nêutrons e elétrons
de um átomo que apresenta Z = 19 e A = 39.
Resolução: Z = P = e = 19
A = P+N = Z + N
N = A - Z = 39 – 19 = 20
Obs.: O elemento químico em questão neste exemplo é o potássio (K).
Z = P = e
A = P + N
A = Z + N
A = e + N
Eletricidade é um fenômeno físico originado por cargas
elétricas estáticas ou em movimento e por sua interação. Quando uma
carga se encontra em repouso produz forças (atração ou repulsão) sobre
outras situadas em sua volta. Se a carga se desloca , também produz
forças (magnéticas).
Eletricidade
Lei de Du Fay: “ cargas iguais se
repelem, cargas opostas se atraem”
Cargas em movimento (ou corrente
elétrica) geram campo magnético que, por
sua vez, exerce forças sobre cargas em
movimento imersas neste campo.
Classificação dos corpos quanto a condutividade:
Meios Condutores: são os que permitem livre
movimentação de cargas elétricas. Apresentam baixa
resistência a passagem de corrente elétrica. Ex.: os metais,
soluções eletrolíticas (baterias), gases ionizados.
Obs.:Íons – átomo desequilibrado (p ≠ e)
P > e – Falta de elétrons→ + cátion
P < e – excesso de elétrons→ - ânion
Classificação dos corpos quanto a condutividade:
Meios Isolantes: estes não permitem a movimentação de
cargas elétricas. Apresentam alta resistência a passagem de
corrente elétrica. Ex.: ar, borracha, madeira, papel, vidro,
porcelana, etc... .
Semicondutores: São corpos que apresentam
comportamento resistivo situado entre os condutores e os
isolantes. Ex.: Germânio e silício.
Formas de produção de eletricidade:
- Fricção
- Pressão: Cristais de certos materiais, como quartzo, a
turmalina e os sais de Rochelle, quando pressionados
produzem cargas elétricas. Esta propriedade é conhecida
como efeito piezelétrico.
O microfone de cristal utiliza o efeito piezelétrico;
quando um pedaço de sal de Rochelle é pressionado ou
torcido, cria-se entre duas de suas faces uma diferença de
potencial. A incidência de uma pressão alternada (criada
pela vibração das ondas sonoras) gera então nesse cristal
uma corrente elétrica alternada, com impulsos
correspondentes a essas vibrações.
Formas de produção de eletricidade:
Formas de produção de eletricidade:
- Calor: aquecendo-se a junção de dois metais
diferentes ( ou seja, a junção de um par térmico, também
conhecido como elemento térmico), produz-se cargas
elétricas
- Luz: Efeito Fotovoltaico – a luz incidente na
superfície de contato entre as camadas de Cobre e Óxido
Cuproso provoca a produção de uma força eletromotriz.
- Ação Química: aproveitando-se da tendência de
certas substâncias em perderem ou adquirirem elétrons sob
a ação de uma solução química.
Formas de produção de eletricidade:
Formas de produção de eletricidade:
- Magnetismo: produção de eletricidade através do
movimento relativo entre um imã e um condutor, desde que
o condutor cruze as linhas de força do imã.
“Princípio de funcionamento dos
geradores, que pode ser acionado por
motor de combustão interna, por turbinas a
vapor ou por energia hidráulica”.
ELETROSTÁTICA
Eletrostática - Parte da física que estuda as propriedades e
o comportamento de cargas elétricas em repouso.
ELETROSTÁTICA
- Corpos neutros e eletrizados:
Neutros: possuem quantidades iguais de prótons e
elétrons.
Eletrizados: apresentam quantidades diferentes de
prótons e elétrons.
P ≠ e p > e = +
P < e = -
Processos de Eletrização:
São usados para eletrizar corpos nêutrons.
Atrito: é feito entre dois corpos de materiais diferentes.
Após o atrito os corpos ficam eletrizados devido a
transferência de elétrons de um corpo para o outro. O
doador de elétrons adquire cargas positivas e o receptor
adquire carga negativa.
Processos de Eletrização:
Contato: o simples contato de dois corpos pode permitir a
passagem de elétrons livres de um para o outro eletrizando-
os.
Ligação a Terra – todo corpo eletrizado se torna neutro.
Processos de Eletrização:
Indução:
Lei de Coulomb – cargas puntiformes ou pontuais,
corpos de pequenas dimensões.
F = K q1 q2
d2
F – é a força de atração ou repulsão entre cargas
puntiformes. Unidade de medida é o Newton (N=Kgm)
s2
d – é a distância entre as cargas. Unidade de medida é o
metro (m).
q1 , q2 - são as cargas cuja unidade de medida é o Coulomb(C) (1C = 6,25 x 1018
elétrons).
K – é a constante de proporcionalidade (Constante eletrostática) que depende do meio
em que as cargas se encontram. A unidade de medida no S.I. é o Nm2.
C2
Ko – é a constante eletrostática no vácuo / Ko = 9,0 x 109 Nm2 / C2.
RECORDAR É VIVER!
-Potenciação
-Regra dos sinais
POTENCIAÇÃO
ab/c = bc a
ab
a.base
b.expoente
a0 = 1
a1 = a
a2 = a . a
a3 = a . a . a
an = a . a ... a . a (“n” vezes)
Expoente negativo a-b = 1/ab
Potência fracionária
Multiplicação de potências de mesma
base
ab . ac = a(b+c)
Divisão de Potências de mesma base ab / ac = a(b-c)
Potência de outrapotência (ab)c = a(b . c)
REGRA DOS SINAIS
+ - -
- + -
+ + +
- - +
Lei de Coulomb: F = (k0 .q1 . q2) / d2
F = 9,0 . 109 Nm2/C2 x 2,0 . 10-8C x 3,0 . 10-8 C
(30 . 10-2m)2
F = 9,0 . 109 N m2/ C2 x 6,0 . 10-16C2
900 . 10-4m2
F = 9,0 . 109 x 6,0 . 10-16 N
9x100 x 10-4
F = 54,0 . 10-7 N
9x102 . 10-4
F = 6,0 . 10-7 N
10-2
F = 6,0 . 10-5 N
EXEMPLO: Determine o módulo da força eletrostática entre as cargas q1 e q2 
ilustradas abaixo.