U1A1+eletric (2)

Prévia do material em texto

Faculdade Pitágoras de Goiânia 
 
 
 
 Disciplina – Princípios de Eletricidade e Magnetismo 
 
 
 
 
Prof. Joel Padilha 
joel.sousa@anhanguera.com 
2019/02 
Datas Importantes 
Início do Período Letivo: 05/08/2019. 
Avaliação Oficial do 1º bimestre: 30/09 a 11/10 de 2019. 
Avaliação Oficial do 2º bimestre: 02 a 06 de Dez de 2019. 
Avaliação de 2ª Chamada: 16 e 17 de Dezembro de 2019. 
Exame Final: 19 e 20 de Dezembro de 2019. 
Fechamento do Semestre: 21 de Dezembro de 2019. 
 
A disciplina ocorre com a interação do o Ambiente 
Virtual de Aprendizagem. 
 
Todos(as) os(as) alunos(as) devem ter acesso ao Ambiente 
Virtual de Aprendizagem. 
 
 
Mostra Acadêmica da Faculdade Pitágoras de Goiânia 
Data: 11 a 14 de novembro de 2019. 
 
 
As regras da Avaliação Continuada 2019 
 
 
 
 
 
Divisão da Pontuação Restrita 
 
Divisão da Pontuação Transversal 
 
Situação Final: 
Pontuação 
TOTAL 
Avaliação 
OFICIAL Frequência APROVADO 
≥ 6.000 ≥ 2.500 ≥ 75% 
O Aluno que perder OFICIAL B1 e B2. 
Fará 2ª chamada da prova de Maior POTUAÇÃO no caso B2. 
Frequência < 75% (REPROVADO) 
Pontuação 
TOTAL 
Avaliação 
OFICIAL Frequência EXAME FINAL ≥ 6.000 < 2.500 ≥ 75% 
O Exame Final vale 5.000 pontos e substituirá as notas das 
avaliações oficiais. 
Plano de Ensino 
Conteúdo Programático 
Unidade 1 | Introdução à eletricidade: eletrostática 
Seção 1.1 - Fenômenos elétricos e a eletrização 
Seção 1.2 - Interação entre cargas: a força elétrica 
Seção 1.3 - Campo elétrico 
 
Unidade 2 | Grandezas elétricas básicas 
Seção 2.1 - Potencial elétrico 
Seção 2.2 - Cargas em movimento: a corrente elétrica 
Seção 2.3 - Resistência e resistividade 
 
 
 
 
Unidade 3 | Circuitos elétricos 
Seção 3.1 - Introdução aos circuitos elétricos 
Seção 3.2 - Lei das malhas 
Seção 3.3 - Lei dos nós 
 
Unidade 4 | Fundamentos do eletromagnetismo 
Seção 4.1 - Fenômenos magnéticos e o campo magnético terrestre 
Seção 4.2 - Relações entre fenômenos elétricos e magnéticos 
Seção 4.3 - Aplicações da indução eletromagnética 
 
Física Experimental Práticas de Laboratório 
• Gerador de Van Der Graff (eletrostática) 
• Lei de Ohm e Resistores 
• Circuitos Elétricos Simples 
• Magnetismo 
 
Bibliografia Básica Padrão 
 
1) FRÓES, André Luís Delvas. Princípios de eletricidade e magnetismo. 
Londrina: Editora e Distribuidora Educacional S.A., 2017. 176 p. 
2) HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. 
Fundamentos de Física : Eletromagnetismo. 9ª ed. São Paulo: LTC - 
Livros Técnicos e Científicos, 2012, v.3. 
 
Bibliografia Complementar 
 
1) YOUNG, Hugh D.; FREEDMAN, Roger A.. Física III : 
eletromagnetismo. 10ª ed. São Paulo: Makron Books, 2004. 
2) SEARS, Francis Weston. Física III : Eletromagnetismo. 12ª ed. São 
Paulo: Pearson - Addison Wesley, 2008. 
3) SERWAY, Raymond A.. Princípios de Física III. 1ª ed. São Paulo: 
Cengage Learning, 2012. 
 
 
FACULDADE PITÁGORAS DE GOIÂNIA 
 
 
 
 
 
 
Unidade 1: Introdução à eletricidade: eletrostática 
Aula 1: Fenômenos elétricos e a eletrização 
 
 
Introdução ao Eletromagnetismo 
 
Estamos cercados de aparelhos cujo funcionamento depende de 
princípios e leis do eletromagnetismo, que é uma combinação de 
fenômenos elétricos e fenômenos magnéticos. 
 
 
 
 
 
O eletromagnetismo também explica diversos fenômenos na natureza 
tais como a aurora, o arco íris, os relâmpagos, etc.
 
 
 
 
 
 
 
 
As interações eletromagnéticas envolvem partículas que 
possuem uma propriedade chamada carga elétrica. 
 
Os objetos eletricamente carregados são acelerados por 
forças elétricas. 
 
Carga Elétrica 
 
A carga elétrica é uma propriedade intrínseca das partículas de que é 
feita a matéria. 
 
O termo “elétrico” 
deriva-se da palavra 
grega electron, que 
significa âmbar. 
 
 
 
 
 
 
Estrutura da matéria 
 
Todos os átomos são compostos por partículas (elementares). 
Um átomo é composto por um núcleo atômico, e uma eletrosfera. 
 
Na eletrosfera estão os diversos elétrons. 
No núcleo, temos duas partículas importantes: os nêutrons e os 
prótons. 
Os elétrons e prótons são carregados eletricamente. 
 
Propriedades Atômicas 
Os átomos dos diversos elementos químicos diferem entre si pelo 
número de prótons e nêutrons em seu núcleo atômico. 
 
As partículas carregam uma carga elétrica, que pode ser de dois tipos: 
• carga positiva. 
• carga negativa. 
 
Os prótons e os elétrons carregam uma carga elétrica muito 
específica, e sempre de mesmo módulo, chamada de: 
“carga elétrica elementar” 
� = �, � ∙ ��	�
�. 
No caso, 
• próton possui uma carga positiva ( + e ) 
• elétron possui uma carga negativa ( − e ) 
A unidade de medida de carga elétrica no SI é o coulomb (C). 
O coulomb (C) é em homenagem ao cientista Francês Charles 
Augustin de Coulomb. 
 
 
 
Os submúltiplos do Coulomb: 
 
 1 milicoulomb = 1 mC = 10-3 C 
1 microcoulomb = 1µC = 10-6 C 
1 nanocoulomb = 1nC = 10-9 C 
1 picocoulomb = 1pC = 10-12 C 
1 femtocoulomb = 1fC = 10-15 C 
 
 
 
 
As Cargas Elétricas são Quantizadas 
 
Significa que elas sempre aparecem na natureza em múltiplos da 
carga elétrica elementar 
 
� = �, � ∙ ��	�
�. 
 
Para descobrir uma carga elétrica, pode calcular: 
 
� = ± � ∙ � 
 
• carga negativa: referente a quantos elétrons estão sobrando. 
• carga positiva: referente a quantos elétrons estão faltando. 
 
 
Carga Elétrica dos Corpos 
 
Na natureza, os corpos costumam ser eletricamente neutros. 
 
 
Quando �� = ��, dizemos que o objeto é eletricamente neutro. 
 
Quando �� ≠ �� dizemos que o objeto está eletricamente 
carregado. 
 
Quando �� > �� carga positiva (retira-se elétrons) 
 
Quando �� < �� carga negativa (coloca-se elétrons) 
 
 
Atração e repulsão de cargas elétricas 
 
• Existe uma atração mutua entre uma carga positiva e uma 
carga negativa. 
• Duas cargas positivas se repelem e 
• Duas cargas negativas também se repelem. 
Cargas de mesmo sinal se repelem e cargas de sinais opostos se 
atraem. 
 
 
 
Processos de eletrização 
 
 
São as maneiras de se gerar um desequilíbrio no número de 
cargas elétricas de um corpo. 
 
A eletrização pode ser dada: 
• Por Atrito 
• Por Contato 
• Por Indução 
 
 
 
Eletrização por atrito 
Atritando-se pelo menos dois corpos constituídos de substâncias diferentes. 
Inicialmente, neutros em contato, um deles cede elétrons, enquanto o outro 
recebe. 
Ao final, os dois corpos estarão eletrizados e com cargas elétricas opostas. 
 
 
 
Tabela chamada de série triboelétrica. 
 
 
A eletrização por contato 
Na eletrização por contato de pelo menos um dos corpos deve estar 
carregado eletricamente. 
 
 
Encostando-se o condutor positivo no condutor neutro ocorrerá a 
passagem de elétrons do corpo neutro para o corpo carregado. 
 
 
A transferência de elétrons irá ocorrer de maneira bem rápida até que 
ambos os condutores fiquem com o mesmo potencial elétrico. 
 
 
 
 
Separando-se os dois condutores, eles estarão com cargas de mesmo 
sinal. 
 
 
 
 
Princípio da conservação das cargas elétricas: 
 
A quantidade de cargas elétricas antes do contato é igual à 
quantidade de cargas elétricas depois do contato. 
 
 
 
Eletrização por Indução 
 
Este processo de eletrização é totalmente baseado no princípio da 
atração e repulsão. 
 
Na eletrização ocorre apenas com a aproximação de um corpo 
eletrizado(indutor) a um corpo neutro (induzido). 
 
O processo é dividido em três etapas: 
 
 
 
 
 
- Primeiramente um bastão eletrizado é aproximado de um condutor 
inicialmente neutro 
Pelo princípio de atração e repulsão, os elétrons livres do 
induzido são atraídos/repelidos dependendo do sinal da 
carga do indutor. 
 
 
 
- O próximo passo é ligar o induzido à terra, ainda na presença do 
indutor. 
 
 
 
 
 
 
 
- Desliga-se o induzido da terra, fazendo com que sua única carga 
seja a do sinal oposto ao indutor. 
 
 
 
Após pode-se retirar o indutor das proximidades e o induzido estará 
eletrizado com sinal oposto à carga do indutor e as cargas se 
distribuem por todo o corpo. 
 
 
 
 
 
Outro tipo de eletrização mista: por Indução e por Contato 
Considere três condutores, um carregado eletricamente e ou outros 
dois neutros e encostados um no outro. 
 
 
Aproxima-se o condutor carregado dos condutores neutros. 
O condutor carregado será o indutor e os condutores neutros, os 
induzidos. 
 
Durante essa aproximação, observa-se uma separação de cargas nos 
condutores neutros. 
Como o indutor é positivo, o induzido mais próximo do indutor ficará 
negativo e o induzido mais afastado ficará positivo. 
 
 
Agora com o indutor ainda próximo, separam-se os dois condutores 
que estão juntos. 
 
 
E por fim retira-se o indutor das proximidades dos outros dois corpos. 
 
Teremos como resultado os dois condutores que inicialmente eram 
neutros, agora carregados com cargas de sinais a opostos. 
 
Note que em momento algum houve o contato entre o condutor 
carregado e os condutores inicialmente neutros. 
 
 
 
 
Um exemplo de uma consequência da eletrização por indução são 
os raios. 
 
Quando temos uma nuvem carregada eletricamente durante uma 
tempestade, ela irá induzir na superfície cargas de sinais opostos 
criando assim um campo elétrico entre a nuvem e a superfície. 
 
Se esse campo elétrico for muito intenso teremos uma descarga 
elétrica violenta que nós conhecemos como raio. 
 
 
Condutores e isolantes 
Condutores 
Os corpos considerados condutores elétricos possuem 
excesso de elétrons em sua camada de valência, 
que é a última camada a receber elétrons em um átomo. 
 
Os elétrons presentes na camada de valência são denominados de 
elétrons livres, 
e a força de atração entre eles e o núcleo atômico é pequena. 
 
Logo, esses elétrons possuem facilidade de se movimentar pelo 
material, tornando a substância em questão um bom condutor de 
eletricidade. 
De modo geral, os METAIS são excelentes condutores elétricos. 
 
 
Isolantes 
 
Eles são também chamados de dielétricos. 
 
Os elétrons que formam esses materiais não têm facilidade de 
movimentação, tendo em vista a forte ligação entre eles e o núcleo 
atômico. 
 
Isopor, borracha, madeira seca, vidro, entre outros, são exemplos 
de materiais isolantes elétricos. 
 
 
 
 
Semicondutores 
Os materiais denominados de semicondutores possuem propriedades 
elétricas intermediárias entre condutores e isolantes. 
 
As condições físicas às quais o material é submetido determinam se 
ele se comportará como condutor ou como um isolante. 
 
Esses materiais são largamente utilizados pela indústria de 
eletrônicos para a composição de circuitos. 
O SILÍCIO e o germânio são exemplos de materiais com essa 
característica. 
 
Supercondutores 
Os supercondutores são materiais que oferecem baixíssimas 
resistências à passagem de corrente elétrica. 
 
Exemplo 1 
 
Um objeto está carregado eletricamente com uma carga de -0,016 C. 
 
a) Quantos elétrons são responsáveis pela carga elétrica do objeto? 
 
b) O número que acabamos de calcular corresponde ao número total 
de elétrons do objeto? 
 
 
 
 
 
 
 
 
Resposta:a) 
 
Resposta: b) 
Não, existem muitos outros elétrons que estão acompanhados de 
prótons no interior do objeto, cujas cargas são canceladas. 
De modo que eles não contribuem para a carga total observada. 
 
 
 
 
 
Exemplo 2 
 
Dois objetos dotados de carga elétrica são aproximados e verifica-se 
que existe uma força de repulsão entre eles. 
 
O que podemos dizer a respeito da carga elétrica dos dois objetos? 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Resposta: 
 
Como a força é de repulsão, a única possibilidade é que ambos os 
objetos estejam carregados com cargas de mesmo sinal. 
 
São cargas positivas ou cargas negativas!!! 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Exemplo 3 
 
Dois condutores distintos estão carregados eletricamente, 
respectivamente, com cargas −10µC e 8µC são colocados em contato 
e, rapidamente, isolados. 
 
Responda: 
a) Antes e depois do contato o experimentador observará uma força 
atrativa ou repulsiva entre os condutores? 
b) Qual a soma da carga elétrica das duas cargas após o contato? 
 
 
 
 
 
Resposta a: 
• Antes do contato, a força elétrica é atrativa, uma vez que as cargas 
são de sinais distintos. 
• Após o contato, a força será repulsiva, uma vez que ambos 
compartilharão uma carga de mesmo sinal. 
 
Resposta b: 
 
A carga elétrica resultante do contato será 
 
� = �� + �� = −10 �� + 8 �� = −2 �� 
 
Distribuída entre os dois condutores dependendo de seu tamanho e 
formato. 
 
 
 
Exemplo 4 
 
O cobalto é um elemento químico muito utilizado na medicina, 
principalmente em radioterapia. Seu número atômico é 27 e cada 
elétron tem carga elétrica de –1,6 . 10–19 C. Determine a carga 
elétrica total dos elétrons de um átomo de cobalto é, em valor 
absoluto e em C. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Resposta: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Faculdade Pitágoras de Goiânia 2019/02 
Disciplina: Princípios de Eletricidade e Magnetismo 
Prof.: Joel Padilha 
Aluno(a):_________________________________________ 
 
Lista de exercícios da Aula 1 – Fenômenos elétricos e a eletrização 
 
1) Três corpos X, Y e Z estão eletrizados. Se X atrai Y e Y repele Z, podemos afirmar que 
certamente: 
a) X e Y têm cargas positivas. 
b) Y e Z têm cargas negativas. 
c) X e Z têm cargas de mesmo sinal. 
d) X e Z têm cargas de sinais diferentes. 
e) Y e Z têm cargas positivas. 
 
2) Os corpos eletrizados por atrito, contato e indução ficam carregados respectivamente com 
cargas de sinais: 
a) iguais, iguais e iguais; 
b) iguais, iguais e contrários; 
c) contrários, contrários e iguais; 
d) contrários, iguais e iguais; 
e) contrários, iguais e contrários. 
 
3) As cargas elétricas são quantizadas, o que significa que existem em múltiplos de uma 
quantidade fundamental. Nos materiais do cotidiano, a carga elétrica sempre aparece em 
múltiplos da carga elétrica fundamental � = 1,6 ∙ 10	� � e pode ser positiva ou negativa. Em 
uma esfera metálica, existem 4,2 ∙ 10�" elétrons em excesso, além daqueles que acompanham os 
prótons de cada átomo no material. Qual a carga elétrica total da esfera? 
a) −4,20 ∙ #�. b) −6,72 ∙ #�. c) −6,72 ∙ μ�. d) 4,20 ∙ #�. e) 6,72 ∙ #�. 
 
4) Suponha que duas esferas metálicas, idênticas no material e no formato, são colocadas em 
contato e rapidamente separadas. Elas são manipuladas por meio de equipamentos bons isolantes 
elétricos. Inicialmente elas têm carga elétrica, respectivamente, de 5,51mC e - 1,35mC. Qual será 
a carga elétrica final em cada uma das esferas? 
a) 3,43mC. b) 6,86mC. c) 7,44mC. d) 2,08mC. e) -2,08mC. 
 
5) Um corpo tem 2x1018 elétrons e 4x1018 prótons. Qual é a carga elétrica desse corpo? A carga 
elétrica elementar vale 1,6 ∙ 10	� �. 
 
6) Um corpo possui 4x1020 elétrons e 3,5x1020 prótons.A carga elétrica elementar vale 
 1,6 ∙ 10	� �. Quanto à carga elétrica desse corpo, determine: a) o sinal; b) a intensidade desta 
carga. 
 
Resp. 1) d 2) e 3) b 4) d 5) 0,32 C 6) a) negativo; b) 8 C.