Eletricidade: Origem, Cargas e Força Elétrica

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Eletricidade 
Origem Histórica 
 
 
 Os pesquisadores não sabem ao certo onde foram observados as 
suas primeiras manifestações, mas, sem dúvida alguma, as primeiras 
descobertas que se tem notícia foram feitas pelos gregos. O filósofo e 
matemático Thales (640-548 AC), que viveu em Mileto, observou que um 
pedaço de âmbar atritado numa pele de gato adquiria propriedades de 
atrair corpos leves. 
 
 A palavra eletricidade tem sua 
origem do grego elektron que 
s i g n i f i c a â m b a r . N o s s o s 
antepassados sabiam que um 
bastão de âmbar, quando atritado 
com um pedaço de lã ou algodão, 
adquiria a propriedade de atrair 
pedaços de folhas secas. 
 
 
Eletrostática - Eletricidade Estático: (do grego 
elektron + statikos, estacionário) é a parte da 
eletricidade que estuda as propriedades e o 
comportamento de cargas elétricas em repouso ou se 
movendo muito lentamente. Estuda os fenômenos de 
corpos que de alguma forma se tornam carregados ou 
eletrizados. 
 
 
A carga é contínua ou quantizada?. 
Teoria Atômica 
Partícula Massa (kg) Carga Localização 
Prótons 1,67*10-27 +1 Núcleo 
Nêutrons 1,67*10-27 
 
0 Núcleo 
Elétrons 9,11*10-31 
 
-1 Eletrosfera 
 É o termo que era utilizado para qualificar uma 
carga que não poderia ser mais dividida (menor carga 
elétrica encontrada na natureza). 
 Sendo a carga do elétron a menor quantidade de 
carga elétrica existente na natureza, ela foi tomada como 
carga padrão nas medidas de carga elétricas. 
Simbolicamente representada pela letra e. 
 No Sistema Internacional de Unidades, a unidade 
de medida de carga elétrica é o Coulomb (C). 
Carga elementar 
Princípio de atração e repulsão 
Cargas elétricas de 
mesmo sinal se 
repelem; 
 
• Cargas elétricas de 
sinais opostos se 
atraem 
 A carga elétrica é quantizada. Sua unidade no Sistema 
Internacional (SI) é o coulomb, e abrevia-se C. 
 
Princípio da conservação da carga elétrica: 
 A soma algébrica de todas as cargas elétricas existentes em um 
sistema isolado permanece sempre constante 
C1,6x10e 19−=
O que sabemos? 
n.eQ =A carga é quantizada 
Exemplo:	
   Sabe-­‐se	
   que	
   a	
   carga	
   do	
   elétron	
   vale	
   –	
   1,6.10-­‐19C.	
  Considere	
   um	
   bastão	
   de	
   vidro	
   que	
   foi	
   atritado	
   e	
   perdeu	
  elétrons,	
   Dicando	
   positivamente	
   carregado	
   com	
   a	
   carga	
   de	
  5,0.10-­‐6C.	
   Determine,	
   aproximadamente,	
   o	
   número	
   de	
  elétrons	
  retirados	
  do	
  bastão.	
  
 
 . 
 
Os materiais isolantes se caracterizam por não apresentar portadores de 
cargas elétricas livres para movimentação. Nesses materiais, a mobilidade 
dos portadores de cargas elétricas é praticamente nula, ficando os 
mesmos praticamente fixos no seu interior. 
 Exemplos: borracha e madeira 
Condutores e Isolantes 
Condutores e Isolantes 
Processos de eletrização. 
Por atrito 
 
 Foi o primeiro processo de eletrização conhecido. 
Quando duas substâncias de naturezas diferentes são atritadas, 
ambas se eletrizam. 
 Na eletrização por ATRITO, 
os corpos ficam eletrizados com 
cargas de diferente sinal. 
Série triboelétrica 
 
 Quando um corpo neutro é colocado em contato com um corpo 
eletrizado, por meio de um fio condutor, o corpo neutro se eletriza 
 
Por contato 
 É importante salientar também que está valendo o princípio da 
conservação das cargas elétricas, que diz que a quantidade de cargas 
elétricas antes do contato é igual à quantidade de cargas elétricas 
depois do contato. Se os dois corpos forem absolutamente idênticos, no 
final da experiência eles ficarão com a mesma quantidade de carga 
elétrica, que será determinada pela média aritmética da quantidade de 
cargas antes do contato. 
Resumindo: 
Por indução 
 
 Quando um corpo neutro é colocado próximo de um corpo 
eletrizado, sem que haja contato entre eles, o corpo neutro se eletriza. 
Esse fenômeno é chamado indução eletrostática. 
Como carregar um corpo por indução? 
ELETROSCÓPIO 
Força Elétrica 
“ Um corpo carregado pode exercer força até mesmo 
sobre objetos descarregados.” 
 Charles Coulomb (1736-1806) inventou 
uma balança de torção e através dela descobriu 
que a força elétrica entre duas pequenas esferas 
carregadas é proporcional ao inverso do 
quadrado da distância r de separação entre elas: 
 
2/1 rF ∝
Lei do Inverso do Quadrado 
Spray viaja para fora do bocal em linhas retas . Como a gravidade, a 
"força " do spray obedece a uma lei do inverso do quadrado. 
- Duas vezes mais longe da arma, a manteiga é apenas 
1/4 de espessura. 
-Três vezes mais longe , será 1/9 da espessura . 
 
-1/9 é o inverso do quadrado de 3 . 
 
- Quando uma quantidade varia com o inverso do 
quadrado da distância de sua fonte , segue-se uma lei do 
inverso do quadrado. 
Lei de Coulomb: O módulo da força elétrica entre duas 
cargas puntiformes é proporcional ao produto das cargas e 
inversamente proporcional ao quadrado da distância entre elas. 
2
21
r
qq
kF =
 C/m N 1099.8
4
1 onde 229
0
×==
πε
k
K é constante de eletrostática 
 vácuono dadepermissivi de constante a é 
 m N/C 108542.8 22120
−×=ε
Observações: 
 
ü  A expressão para a Lei de Coulomb, conforme apresentada 
anteriormente, apenas nos fornece a intensidade da força entre 
duas cargas. Mas, força é uma grandeza vetorial e, portanto, 
precisa ter especificada sua direção e seu sentido. 
 
 
ü  A direção da força é a mesma da linha imaginária que liga as 
duas cargas. 
ü  Já o sentido da força depende do sinal das cargas: 
 
Lei da gravitação de Newton para massas X 
Lei de Coulomb para cargas elétricas. 
-Considerando que a força de atração gravitacional entre um 
par de massas de 1kg é extremamente pequena, a força 
elétrica entre um par de cargas 1C é extremamente grande . 
 
-A maior diferença entre gravitação e forças elétricas é que a 
gravidade só atrai, mas forças elétricas podem atrair ou 
repelir .- 
 O k constante de proporcionalidade na lei 
de Coulomb é semelhante ao G na lei da 
gravitação de Newton. 
k = 9,0 × 109 N · m2 / C2 
 
 Se um par de cargas de 1C cada um fosse 
1m de distância, a força de repulsão entre as 
duas cargas seria 9 bilhões de newtons. 
 
 Isso seria mais do que 10 vezes o peso de 
um navio de guerra ! 
Constante de proporcionalidade 
Porque a maioria dos objetos têm quase exatamente o mesmo número 
de elétrons e prótons , forças elétricas geralmente se equilibram. 
 
Entre a Terra e a Lua , por exemplo , não há nenhuma força elétrica 
mensurável. 
 
Em geral, a força gravitacional fraca, que só atrai, é a força 
predominante entre corpos celestes . 
As enormes forças 
elétricas de atração e 
repulsão entre cargas 
da Terra e as cargas em 
de um corpo se anulam, 
deixando a força 
relativamente mais 
fraca da gravidade, que 
só atrai. 
Dados: 
carga do elétron = carga do próton = 1.6 × 10-19 C 
distância entre o elétron e o próton = 5.3 × 10-11 m 
Exemplos: 
1. Calcule a força de atração entre o elétron e o próton 
no átomo de hidrogênio. 
ü  Para um sistema de n cargas podemos determinar a força resultante 
que atua sobre uma das cargas 
F13 
F23 
FR 
A C 
B 
q1 q3 
q2 
∑
=
=+++=
n
i
ijnR FFFFF
1
32313 .....
!!!!!
F13 
F23 
FR 
A C 
B 
q1 q3 
q2 
( ) ( ) yxR
e
r
qqke
r
qqkFFF !!
!!!
2
B
32
2
A
31
2313 +=+=
( ) ( )
Nx
r
qqk
r
qqkFR
3
2
2
B
32
2
2
A
31 1006.4=⎟⎟
⎠
⎞
⎜
⎜⎝
⎛
+⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
=
!