1 Aula Apresentação e Eletrostática

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FÍSICA GERAL 
NOTAS DE AULA
Prof. Dr. Marco Antonio P V Moraes
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Bibliografia Básica:
Livro: Fundamentos de Física, Vol. 3, 6ª Edição
Autores: Halliday, D.; Resnick, R. e Walker, J. 
Editora: Livros Técnicos e Científicos Editora S.A: Rio
 de Janeiro (2002)
Bibliografia Complementar:
Livro: Sears e Zemansky Física, Vol.3, 10ª Edição
Autores: Young, Hugh D.
Editora: Addison Wesley: São Paulo (2003)
Bibliografia Complementar:
Livro: Eletricidade Básica
Autor: Milton Gussow
Editora: Schaum McGraw-Hill, 2ª Ed. Ampliada e Revisada (2002)
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Componente Curricular: Física Geral 
 Conteúdo Programático
Vetores e Escalares
Carga Elétrica
 Lei de Coulomb
 Campos Elétricos
 Potencial e Capacitância
 Corrente Elétrica e a Lei de Ohm
 Potência Elétrica
 Circuitos Elétricos Simples
 Instrumentos de Medição
 Força e Campo Magnético
 A Lei de Indução de Faraday
 Aulas de Laboratório
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Eletricidade e Magnetismo
Introdução: Os filósofos gregos, por volta de 600 AC., sabiam que, esfregando um pedaço de âmbar, ele atraia pedaços de palha. Os gregos também sabiam que algumas “pedras” que ocorriam naturalmente, e que hoje conhecemos como magnetitas, atraíam pedaços de ferro.
Dessas duas observações é que surgiram as ciências da Eletricidade e do Magnetismo, e que se desenvolveram de forma separada até por volta de 1820, quando Hans Cristian Oersted encontrou uma conexão entre elas: uma corrente elétrica ao percorrer um fio produz um campo magnético. O processo inverso foi demonstrado em 1831 por Michael Faraday. Faraday mostrou que um campo magnético variável
produz uma corrente elétrica ao atravessar uma bobina.Veja Figura.
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Uma corrente elétrica produz um campo magnético. Efeito descoberto por Oersted
em 1820.
Um campo magnético 
variável produz corrente
elétrica. Efeito conhecido como Lei de Faraday
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Carga Elétrica: Se nós andarmos sobre um carpete num dia em que o tempo está seco, poderemos provocar uma centelha ao tocarmos em algum objeto metálico. Dizemos que estamos carregados de eletricidade estática.
Uma outra experiência simples para comprovarmos a presença de cargas elétricas, é quando esfregamos uma caneta nos cabelos. Veremos que a mesma irá atrair pequenos pedaços de papel. Em uma escala maior poderemos citar os relâmpagos.
Todos estes fenômenos ocorrem devido ao acumulo de eletricidade estática.
Corpos carregados de eletricidade estática exercem forças uns sobre os outros. Veja figura a seguir.
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Cargas de mesmo sinal repelem-se e cargas de sinais opostos atraem-se.
A figura mostra bastões de vidro e plástico que foram carregados esfregando-os, com seda e pele de animal. Neste processo uma certa quantidade de carga é transferida de um corpo para o outro, carregando-os.
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Os átomos são constituídos basicamente pela seguintes partículas:
Prótons - localizado no núcleo dos átomos e que possui carga elétrica positiva;
Nêutrons - localizado no núcleo dos átomos e que não possui carga elétrica; 
Elétrons - que se move em torno do núcleo, e que possui carga elétrica negativa.
Em um corpo neutro (não eletrizado), o número de prótons é igual ao número de elétrons, de modo que a carga elétrica no corpo é nula, pois o valor absoluto da carga do elétron é igual ao valor absoluto da carga do próton
Estrutura Atômica e Medida da Carga Elétrica
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Ao atritarmos dois corpos, há transferência de elétrons de um corpo para o outro ( os prótons e os nêutrons não se deslocam nesse processo )
O corpo que perde elétrons fica eletrizado positivamente e o que ganha elétrons fica eletrizado negativamente, veja fig.
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Medida da carga elétrica: O valor da carga de um corpo é medido pelo número de elétrons que ele tem em excesso ou falta. Ao atritarmos, por exemplo um pente nos cabelos, é comum, entretanto, este pente se eletrizar com milhões de elétrons retirados do cabelo. Como estes números são muito grandes, os cientistas preferem usar outras unidades para medir a quantidade de carga de um corpo.
No Sistema Internacional de Unidades (SI), a unidade de carga elétrica é o Coulomb em homenagem a Charles Coulomb, físico francês.
Quando dizemos que um corpo possui 1C de carga, significa que ele perdeu ou ganhou 6,21018 elétrons.
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Quantização da Carga
Na época de Franklin, pensava-se que a carga elétrica fosse um fluído contínuo, uma idéia que era útil para muitos propósitos. No entanto, sabemos hoje que os próprios fluidos, como o ar e a água, não são contínuos, mas constituídos de átomos e moléculas; a matéria é descontínua.
 O “fluído elétrico” também não é contínuo, mas constituído de múltiplos da carga elementar e ( carga de um elétron), cujo valor é:
e = 1,60210-19 C
Quando uma quantidade, como a carga, existe apenas em “pacotes” discretos, dizemos que essa quantidade é quantizada.
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Condutores: As cargas podem fluir facilmente através de alguns materiais denominados condutores. Em um condutor típico cada átomo pode contribuir com um elétron de condução (móveis) e, portanto pode haver em média, cerca de 1023 elétrons de condução por cm3 . 
 Isolantes: Nos materiais denominados isolantes na maioria das circunstâncias as cargas não fluem, elas permanecem onde você as coloca. Nestes materiais encontramos em média cerca de 1 elétron de condução por cm3.
Semi-Condutores: São os materiais intermediários entre os condutores e os isolantes. O Silício e o Germânio são exemplos de materiais semi-condutores. Nestes materiais encontramos em média 1012 elétrons de condução por cm3 de material.
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Os materiais Semicondutores possuem propriedades interessantes que os tornam úteis. Uma das propriedades é que a densidade de elétrons de condução pode ser drasticamente alterada por pequenas mudanças nas condições do material; por exemplo, introduzindo-se pequenas quantidades de impurezas ou variando-se a voltagem aplicada, a temperatura ou a intensidade de luz incidente sobre o material.
Os diodos são exemplos de materiais semi-condutores que conduzem corrente elétrica em um único sentido.
Os Leds são tipos especiais de diodos que convertem energia elétrica em luz. 
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Exercícios de Fixação:
1) Um corpo foi atritado com um pedaço de seda e ficou eletrizado positivamente. Um estudante descreveu o processo dizendo que o corpo recebeu prótons, retirados da seda. Você concorda ? Explique.
2) Um bastão de borracha foi atritado com lã, adquirindo carga negativa. a) A lã ficou eletrizada? b) Qual é o sinal da carga na lã? c) Qual dos dois corpos recebeu elétrons? d) Qual dos dois corpos ficou com excesso de prótons?
3) Porque um corpo eletrizado atrai um corpo neutro? Explique em detalhes.
4)Por que recomenda-se que você toque a estrutura metálica do seu microcomputador, antes de instalar quaisquer acessórios internos? Explique.