ELETROSTATICA Cap1

Prévia do material em texto

ELETROSTÁTICA 
Capítulo 1 
1.1 Carga Elétrica 
• Teoria eletrônica da matéria: 
– Partículas elementares: prótons, nêutrons e elétrons 
– Núcleo: prótons e nêutrons 
– Eletrosfera: elétrons 
Modelo Atômico 
• Relação entre as massas das partículas 
elementares: 
 
 
 
 
– Sendo: m a massa do próton (praticamente igual a 
do nêutron) 
• Força, mobilidade e equilíbrio, entre as partículas 
elementares: 
 No átomo, os prótons no núcleo exercem uma força 
de atração sobre os elétrons que os mantém girando nas 
camadas da eletrosfera. Esta força é inversamente 
proporcional a distância entre o elétron e o núcleo. 
 Os elétrons fracamente ligados ao seu respectivo 
núcleo, situados na última camada (camada de valência), isto 
é, na camada mais distante do núcleo, são chamados de 
elétrons livres. 
 Como os prótons são partículas que estão fixas no 
núcleo e os elétrons podem se transferir de um átomo para 
outro, no nosso estudo vamos nos preocupar sempre com a 
falta ou excesso de elétrons no átomo ou nos corpos. 
• Por convenção adotou-se: 
– Elétron carga elétrica negativa ( ) 
– Próton carga elétrica positiva ( ) 
– Nêutron não possui carga elétrica 
 
• Unidade: Coulomb (C) 
 Um coulomb é definido como a quantidade de 
carga elétrica que atravessa em um segundo, a secção 
transversal de um condutor percorrido por uma corrente 
igual a 1 Ampère. 
• Carga elétrica elementar: 
 O valor da carga de um próton ou um elétron é 
chamado carga elétrica elementar e simbolizado por e. 
 
 
 
 
• Obs.: Um próton e um elétron têm valores absolutos 
iguais embora tenham sinais opostos. 
 
 
• Carga elétrica de um corpo – q : 
 Quando ocorrer um desequilíbrio entre o número 
de prótons e elétrons em um corpo, se diz que ele está 
carregado (eletrizado). 
 
– Onde.: n é a diferença entre o número de prótons e 
elétrons de um corpo. 
 
 
– Questão: Quantos elétrons (ou prótons) a mais em um 
corpo são necessários para se obter uma carga de 
1 Coulomb? 
 
• Regra de Du Fay: 
- Cargas elétricas do mesmo sinal se repelem; 
- Cargas elétricas de sinais contrários se atraem. 
 
 
 
 
• Princípio da conservação das cargas elétricas 
• Processos de eletrização 
 O processo de retirar ou acrescentar elétrons a um corpo neutro para 
que este passe a estar eletrizado denomina-se eletrização. 
 
– Eletrização por Atrito: 
 Este processo foi o primeiro de que se tem conhecimento. Foi 
descoberto por volta do século VI a.c. pelo matemático grego Tales de Mileto, 
que concluiu que o atrito entre certos materiais era capaz de atrair pequenos 
pedaços de palha e penas. 
 Posteriormente o estudo de Tales foi expandido, sendo possível 
comprovar que dois corpos neutros feitos de materiais distintos, quando são 
atritados entre si, um deles fica eletrizado negativamente (ganha elétrons) e 
outro positivamente (perde elétrons). Quando há eletrização por atrito, os dois 
corpos ficam com cargas de módulo igual, porém com sinais opostos. 
 
 
• Série Triboelétrica 
 
Lista de elementos 
ordenados de tal modo que, 
cada um deles ao ser atritado 
com o seu sucessor fica 
eletrizado positivamente. 
 
 
 
 
Carga 
positiva 
“falta de 
elétrons” 
Carga 
negativa 
“excesso de 
elétrons” 
– Eletrização por Contato: 
 No exemplo o corpo neutro se carrega positivamente 
(perde elétrons), até que os dois corpos entrem em equilíbrio 
eletrostático. 
 
 
 
 
 
 
 Observe que a quantidade de carga total (soma das cargas 
dos dois corpos) antes do contato é igual a quantidade de carga 
depois do contato. 
 
 
– Observação: 
 Como as dimensões dos corpos são desprezíveis, quando 
comparadas com as da terra, podemos considerar a terra como 
um corpo eletricamente neutro, ou seja, qualquer corpo carregado 
em contato com a terra irá se descarregar. 
 
 
 
 
 
 
 
 
– Eletrização por Indução: 
 Na indução eletrostática a distribuição de carga é induzida (provocada) 
pela presença de um segundo corpo carregado e não pelo contato real. 
 
 
– Eletrização por Indução: 
 Na indução eletrostática a distribuição de carga é induzida (provocada) 
pela presença de um segundo corpo carregado e não pelo contato real. 
 
 
– Eletrização por Indução: 
 Na indução eletrostática a distribuição de carga é induzida (provocada) 
pela presença de um segundo corpo carregado e não pelo contato real. 
 
 
– Eletrização por Indução: 
 Na indução eletrostática a distribuição de carga é induzida (provocada) 
pela presença de um segundo corpo carregado e não pelo contato real. 
 
 
– Eletrização por ação piezoelétrica: 
 Cristais de certos materiais (quartzo, turmalina, sais de Rochele) 
produzem separação de cargas elétricas quando submetidos a uma pressão. 
Aplicação: microfones, balanças eletrônicas, células de carga, equipamentos de 
sonar e etc... 
– Eletrização por ação do calor: 
 Conversão direta do calor em eletricidade, pelo aquecimento da 
junção de dois metais diferentes. Denomina-se este tipo de junção de 
termocuplo, termopar ou par termoelétrico. 
 São empregados normalmente em dispositivos medidores de 
temperatura. 
– Eletrização por ação da Luz (fotovoltaica) 
 Conversão direta da energia luminosa em eletricidade. 
Aplicação: clássica – fotômetro, luxímetro, calculadoras relógios. 
 moderna – fonte de energia para iluminação, comunicação. 
– Eletrização por ação química: 
 A ação química resultante faz com que um dos elétrodos (chamado 
ânodo) fique carregado positivamente (falta de elétrons) e outro (chamado 
cátodo) fique carregado negativamente (excesso de elétrons). 
 Existem dois tipos: 
1.Pilha primária: o processo químico que produz eletricidade é irreversível, 
2.Pilha secundária: é recarregável (a reação química pode ser invertida). 
 
– Eletrização por indução eletromagnética: 
 Quase toda a energia elétrica utilizada atualmente é originada nos 
geradores rotativos das usinas de força, que empregam o princípio da indução 
eletromagnética, adequada a geração de grande quantidade de energia elétrica 
de forma ininterrupta. 
1.2 Condutores e Isolantes 
• Condutores: as cargas elétricas se movem com 
facilidade através de suas estruturas, as quais 
possuem abundância de elétrons livres (metais 
como cobre e alumínio). 
• Semicondutores: propriedades elétricas 
intermediárias (silício, germânio). 
• Supercondutores: condutores perfeitos, não 
oferecem resistência a circulação das cargas 
elétricas 
 
• Isolantes: materiais caracterizados por uma 
carência ou inexistência de elétrons livres 
(algodão, papel, seda, madeira, porcelana 
vidro). 
• Unidades legais no Brasil 
1.3 Normas Brasileiras 
• Formação dos múltiplos: 
• Formação dos submúltiplos: 
1.4 Lei de Coulomb 
 Formulada por Charles Augustin Coulomb, refere-se às 
forças de interação (atração e repulsão) entre duas cargas 
elétricas puntiformes, ou seja, com dimensão e massa 
desprezível. 
Enunciado: a intensidade da força elétrica de interação entre 
cargas puntiformes é diretamente proporcional ao produto dos 
módulos de cada carga e inversamente proporcional ao 
quadrado da distância que as separa. 
 Ou seja: 
 
 
 
 
 A partir da Lei de Coulomb podemos calcular o módulo da 
força que age sobre a carga puntiforme como: 
 
 
Onde: r – distância entre as partículas; 
 q1, q2 – carga das partículas; 
 K – constante eletrostática (depende do meio). 
 
 As forças que agem sobre as partículas tem a mesma direção e 
a mesma intensidade (ou módulo) e sentidos contrários.Logo, essas 
forças de atração, ou de repulsão, entre cargas elétricas são grandezas 
do tipo vetorial. 
 
+ + 
r 
q1 q2 
F1 F2 
• Relação entre a constante eletrostática (K) 
 e a permissividade do meio (0): 
 
 
 
 Logo, 
 
 
 Para o vácuo, temos: 
 
 e 
• Sistema com “n” partículas 
 Obedece o princípio da superposição, ou seja: 
 
 
 Onde: - força que age sobre a partícula 1 
 devido a enésima partícula. 
 
• Condutores Esféricos 
 
 A distância de uma carga 
externa a esfera, será sempre 
considerada referida ao centro 
desta. 
r 
q