Eletricidade: Cargas, Eletrização, Lei de Coulomb, Campo e Potencial Elétrico

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Cargas elétricas
1. Um corpo condutor inicialmente neutro perde  . Considerando a carga elementar  , qual será a carga elétrica no corpo após esta perda de elétrons?
Inicialmente pensaremos no sinal da carga. Se o corpo perdeu elétrons, ele perdeu carga negativa, ficando, portanto, com mais carga positiva, logo, carregado positivamente.
Quanto à resolução numérica do problema, devemos lembrar, da equação da quantização de carga elétrica:
Sendo n o número de elétrons que modifica a carga do corpo:
Logo, a carga no condutor será  .
2. Um corpo possui  e . Considerando a carga elementar , qual a carga deste corpo?
Primeiramente verificamos que o corpo possui maior número de prótons do que de elétrons, portanto o corpo está eletrizado positivamente, com carga equivalente à diferença entre a quantidade de prótons e elétrons.
Essa carga é calculada por:
Eletrização de corpos
1. Em uma atividade no laboratório de física, um estudante, usando uma luva de material isolante, encosta uma esfera metálica A, carregada com carga +8 µC, em outra idêntica B, eletricamente neutra. Em seguida, encosta a esfera B em outra C, também idêntica e elétricamente neutra. Qual a carga de cada uma das esferas?
Resolvendo o exercício por partes.
Primeiramente calculamos a carga resultante do primeiro contato, pela média aritmética delas:
Como a esfera A não faz mais contato com nenhuma outra, sua carga final é +4 µC.
Calculando o segundo contato da esfera B, com a esfera C agora, temos:
Portanto, as cargas finais das 3 esferas são:
Lei de Coulomb
1. Considere duas partículas carregadas respectivamente com +2,5 µC e -1,5 µC, dispostas conforme mostra a figura abaixo:
Qual a intensidade da força que atua sobre a carga 2?
Analisando os sinais das cargas podemos concluir que a força calculada pela lei de Coulomb será de atração, tendo o cálculo de seu módulo dado por:
Portanto a força de atração que atua sobre a carga 2 tem módulo 0,375N e seu vetor pode ser representado como:
2. Três partículas carregadas eletricamente são colacadas sobre um triângulo equilátero de lado d=40cm conforme a figura abaixo. Qual o módulo da força e um esboço do vetor força elétrica que atua sobre a carga 3?
Para calcularmos o módulo da força que atua sobre a carga 3 devemos primeiramente calcular separadamente a influência que as cargas 1 e 2 causam nela, e através das duas calcular a força resultante.
Para calcularmos a força de repulsão sofrida entre as duas cargas positivas:
Para calcularmos a força de atração sofrida entre a carga positiva e a negativa:
Para calcularmos a força resultante, aplicamos a lei dos cossenos (lembrando que cada ângulo interno de um triângulo equilátero tem 60º, então devemos considerar um ângulo de 120º):
Para esboçarmos a direção e o sentido do vetor força resultante devemos lembrar do sentido de repulsão e de atração de cada força e da regra do paralelogramo:
3. Quatro cargas são colocadas sobre os vértices de um retângulo de lados 40cm e 30cm, como mostra a figura abaixo:
Qual a intensidade da força sentida na partícula 4?
Para calcularmos a força resultante no ponto onde se localiza a partícula 4, devemos primeiramente calcular cada uma das forças elétricas que atuam sobre ela.
Para a força da partícula1 que atua sobre 4:
Para a força da partícula2 que atua sobre 4:
Para a força da partícula3 que atua sobre 4:
Para se calcular a força resultante:
Para esboçarmos a direção e o sentido do vetor força resultante devemos lembrar do sentido de repulsão e de atração de cada força e da regra do paralelogramo:
Assim como no cálculodo módula das forças , não podemos somar todos os vetores de uma só vez, então, por partes:
Campo Elétrico
1. Um campo elétrico é gerado por uma carga puntiforme positiva. A uma distância de 20cm é posta uma partícula de prova de carga q= -1µC, sendo atraída pelo campo, mas uma força externa de 2N faz com que a carga entre em equilíbrio, conforme mostra a figura:
Qual deve ser o módulo da carga geradora do campo para que esta situação seja possível?
Para fazer este cálculo usamos a relação:
No entanto o problema não diz qual a intensidade do campo elétrico, mas sendo F a força necessária para que o sistema descrito fique em equilíbrio:
Substituindo na primeira equação:
Potencial Elétrico
1. Uma carga elétrica de intensidade Q= +7µC gera um campo elétrico no qual se representam dois pontos, A e B. Determine o trabalho realizado pela força para levar uma carga de um ponto ao outro (B até A), dada a figura abaixo:
Primeiramente precisamos calcular o potencial elétrico em cada ponto, através da equação:
Em A:
Em B:
Conhecendo estes valores, basta aplicarmos na equação do trabalho de uma força elétrica: