Fisica3-Aula01

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Física III 
(Eletromagnetismo)
Aula 01:
ELETRICIDADE
Carga Elétrica e Eletrização
Ramos da Eletricidade
Eletrostática: estudo da carga elétrica em repouso (ou em movimento desordenado) e suas propriedades.
Eletrodinâmica: estudo da carga elétrica em movimento ordenado e seus efeitos.
Eletromagnetismo: estudo das propriedades elétricas e magnéticas. 
AS PRIMEIRAS DESCOBERTAS DE FENÔMENOS ELÉTRICOS
No século VI a.C, Tales de Mileto descobriu que o âmbar atraía pedaços de palha quando era atritado com pele de animal.
	Em 1600, William Gilbert, médico da rainha Elizabeth I, cunhou a palavra eletricidade derivando-a de "elektron" que significa âmbar em grego. Gilbert mostrou que o efeito elétrico não é exclusivo do âmbar, mas que muitas outras substâncias podem ser carregadas eletricamente ao serem esfregadas.
Benjamim Franklin
Inventor do pára-raios.
Considerava a carga elétrica como um fluido elétrico.
O corpo que perdia esse fluido ficava com falta (negativo) e o que recebia, com excesso (positivo).
Estrutura da Matéria
 A matéria é formada de pequenas partículas, os átomos. Cada átomo, por sua vez, é constituído de partículas ainda menores; os prótons e nêutrons (no núcleo) e elétrons na eletrosfera.
Estrutura da Matéria 
(O Átomo)
Núcleo
Eletrosfera
A massa de um próton e a massa de um nêutron são praticamente iguais.
A massa de um elétron é 1836 vezes menor que a massa do próton.
Estrutura da Matéria(Quarks)
Até o início da década de 1970 os prótons e os nêutrons eram considerados partículas indivisíveis. Entrentando, experiências realizadas em aceleradores de partículas revelaram que eles são constituídos de partículas ainda menores, denominadas quarks (up e down). Veja o esquema abaixo:
Próton
Nêutron
Estrutura da Matéria
(estrutura interna do átomo)
O QUE É CARGA ELÉTRICA?
É uma propriedade física fundamental, inerente aos elétrons e prótons, que determina as interações eletromagnéticas.
Nêutrons não possuem carga elétrica.
Por convenção, prótons possuem carga elétrica positiva e elétrons carga elétrica negativa.
Carga Elétrica Elementar
As cargas elétricas do próton e do elétron são iguais em valor absoluto. Esse valor absoluto é denominado carga elétrica elementar e simbolizado por e.
e = 1,6  10-19 C
O Coulomb ( C ) é a unidade de carga elétrica no SI
 Carga elétrica do próton: + e = + 1,6  10-19 C
 Carga elétrica do elétron: – e = – 1,6  10-19 C
 Carga elétrica do nêutron: 0
Quantização da Carga Elétrica
A carga elétrica de um corpo é quantizada, ou seja, ela sempre é um múltiplo inteiro da carga elétrica elementar.
Q = ± ne
(n = 1, 2, 3, ...)
Exemplo
 Um corpo pode ter uma carga igual a 6,4  10-19 C, pois corresponde a um número inteiro (4) vezes a carga elétrica elementar, ou seja,
 
		4  1,6  10-19 C = 6,4  10-19 C.
	Porém, a carga desse corpo não pode ser, por exemplo, igual a 9,3  10-19 C, pois esse valor não é um múltiplo inteiro da carga elétrica elementar.
Carga Elétrica das Partículas
Próton
Elétron
Nêutron
+ e
– e
0
Quark Up Quark Down
 Princípios da Eletrostática
 (Princípio da Atração e Repulsão)
 cargas elétricas de mesmo sinal repelem-se; cargas elétricas de sinais opostos atraem-se.
Atração
Repulsão
Repulsão
 Princípios da Eletrostática
 (Conservação das Cargas Elétricas)
 A soma algébrica das cargas elétricas num sistema eletricamente isolado é constante.
A
A
C
C
B
B
Fronteira do Sistema (Q)
Fronteira do Sistema (Q’)
-5 C
+2 C
0
-2 C
-2 C
+1 C
Q = Q’
Condutores e Isolantes
Definimos condutor elétrico o material que possui grande quantidade de portadores de carga elétrica facilmente movimentáveis. Caso contrário, ele será um isolante elétrico. 
Condutores
Isolantes
Grafite
metais
Gases
ionizados
 ar
 vidro
 borracha
 porcelana
 plásticos
 algodão
 seda
 lã
 resinas
 água
 pura
QUANDO UM CORPO ESTÁ ELETRIZADO?
Na natureza, os corpos tendem a ser neutros, ou seja, o número de prótons que o corpo possui é igual ao número de elétrons.
Se ocorrer um desequilíbrio nessa quantidade, dizemos que o corpo está eletrizado. 
corpo neutro
+
 -
PROCESSOS DE ELETRIZAÇÃO
Contato - É mais eficaz com condutores. Um simples contato faz com que o corpo neutro se eletrize positivamente ou negativamente. 
Fig 1A
Fig 1B
Fig 1C
Fig 2A
Fig 2B
Fig 2C
Figura 1
Figura 2
Eletrização por contato 
		Outro processo capaz de eletrizar um corpo é feito por contato entre eles.
Se dois corpos condutores, sendo pelo menos um deles eletrizado, são postos em contato, a carga elétrica tende a se estabilizar, sendo redistribuída entre os dois, fazendo com que ambos tenham a mesma carga, inclusive com mesmo sinal.
	O cálculo da carga resultante é dado pela média aritmética entre a carga dos condutores em contato. 
Eletrização por Contato (continuação)
O corpo, inicialmente neutro, adquire carga de mesmo sinal da carga do corpo inicialmente eletrizado.
A soma algébrica das cargas elétricas deve ser a mesma, antes, durante e após o contato.
Para o contato simultâneo de n esferas de mesmo raio e admitindo que a carga total do sistema seja igual a Q, teremos, no final, a carga Q/n em cada condutor
PROCESSOS DE ELETRIZAÇÃO
Atrito - É feito com corpos neutros e diferentes. Após o processo, os corpos se eletrizam com cargas iguais em módulo e sinais opostos.
Conservação de cargas elétricas
Um bastão de vidro é friccionado num tecido 
Os eletrons são transferidos do vidro para o tecido
Cada eletrons transferido adiciona uma carga negativa ao tecido
Uma carga positiva equivalente é deixada no bastão de vidro
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PROCESSOS DE ELETRIZAÇÃO
Indução Eletrostática - Nesse processo os corpos envolvidos não se encostam. O corpo eletrizado provoca uma separação de cargas no corpo neutro. No final, o corpo que estava neutro adquire carga com sinal oposto ao que lhe induziu.
Induzido
Corpo Eletrizado
Indutor
Aterramento
Detectores Eletrostáticos
Pêndulo Eletrostático Parte I
Conclusão:
 Os corpos (barra e esfera) estão eletrizados com cargas de mesmo sinal.
Detectores Eletrostáticos
Pêndulo Eletrostático Parte II
Conclusões:
 Os corpos (barra e esfera) podem estar eletrizados com cargas de sinais contrários ou
 um deles está neutro e o outro eletrizado.
Detectores Eletrostáticos
Pêndulo Eletrostático (parte III)
Conclusão:
 Os dois corpos (barra e esfera) estão neutros.
Detectores Eletrostáticos
Eletroscópio de Folhas
Se a Barra A estiver 
eletrizada, ocorre indução
no eletroscópio e as
lâminas se abrem
esfera
condutora
lâminas 
metálicas 
móveis
A