Eletrostática e Estrutura Atômica

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• ELETROSTÁTICA 
• PROFESSOR : MARCELO ALANO
Eletrostática
Processos de eletrização
ESTRUTURA ATÔMICA
Prótons (p+)
Nêutrons (n0)
Elétrons (e-)
Estrutura atômica
Principais características dos átomos
• Cada átomo é composto de um núcleo positivamente carregado, 
rodeado por elétrons negativamente carregados.
• Os elétrons de todos os átomos são idênticos. Cada um deles 
possui mesma quantidade de carga negativa e a mesma massa.
• Prótons e nêutrons constituem o núcleo. Os prótons são cerca de 
1800 vezes mais massivos do que os elétrons, mas carregam 
consigo a mesma quantidade de carga positiva que os elétrons 
possuem de carga negativa. Os nêutrons possuem uma massa 
ligeiramente maior do que a dos prótons e não possuem carga 
elétrica.
• Normalmente, os átomos possuem o mesmo número de prótons 
e elétrons, de modo que possuem carga elétrica líquida nula 
(átomo neutro).
Estrutura atômica
Exemplo: O modelo de um átomo de hélio.
O núcleo atômico é formado por dois 
prótons e dois nêutrons.
Os prótons positivamente carregados 
atraem os dois elétrons 
negativamente carregados. 
A carga líquida deste átomo vale zero 
e, portanto, este átomo está 
eletricamente neutro.
Eletricidade
Tudo depende do
eletron
Robert Millikan
mediu nossas massas e 
determinou, usando o 
resultado de Thomson, a 
nossa carga.
Robert Millikan
1868 – 1953
Nobel 1923
m = 9,1 x 10-31 kg
e = 1,6 x 10-19 C
Modelo de 
Thomsom
Modelo de 
Rutherford
Modelo 
de Bohr
Modelo de
 Bohr- Sommerfeld
Modelo atual
Orbitais: s, p, d,f
Muitos foram os modelos de átomos, nossa 
moradia.
O atual leva em conta o Princípio da 
Incerteza.
Não somos encontrados em endereços 
certos, mas em regiões prováveis.
Por termos cargas negativas, 
entre nós existe repulsão: 
cada um empurra o outro 
para mais longe possível.
Porém entre nós e os 
prótons, que possuem 
cargas positivas, a atração 
é irresistível!
Nos átomos somos 
numericamente iguais aos 
protons existente no núcleo, 
por isso os átomos 
apresentam-se, geralmente, 
neutros.
Na eletrização ocorre 
transferência de elétrons 
de um corpo para outro.
Carga positiva
“falta de elétrons”
Carga negativa
“excesso de 
elétrons”
Como ocupamos regiões em torno do núcleo, 
sempre que adquirimos energia suficiente, 
podemos escapar do campo de influência do 
núcleo e passar de um material para outro.
Isto ocorre na ELETRIZAÇÃO.
Série triboelétrica
Mão humana
Pele de coelho
Vidro
Nylon
Seda
Papel
Borracha
Acetato
Poliester
isopor
PVC
Mais positivo
Mais negativo
Exemplo: 
vidro com seda
Vidro (+) e seda (-)
A série indica para 
onde nos 
transferimos quando 
2 materiais são 
colocados em forte 
contato, como o 
atrito. 
Em alguns materiais, muitos de nós, 
somos livres.
Temos a liberdade de compartilhar 
com diversos átomos e, sob 
influência externa, movimentamos 
através da matéria.
Condutores e Isolantes
.
Não possuem eletrons 
livres.
As cargas ficam 
localizadas.
O material isolante não 
transmite eletricidade.
Eletrização e Neutralização por 
contato
MATERIAL CONDUTOR
Possuem eletrons livres.
Eles podem se 
movimentar,
 e levar energia de um
ponto para outro
Processo de separação de 
cargas que ocorre num 
condutor sob influência de 
cargas externas externas.
Indução eletrostática
Temos muita mobilidade 
dentro de um condutor.
Sob a influência de uma 
carga externa nós 
deixamos uma região 
negativa e outra positiva.
O eletróforo 
de Volta
Eletrizando por indução
O sinal da carga residente 
no corpo eletrizado é oposto 
ao da carga indutora.
A nossa tendência é “fugir” 
para mais longe possível de 
outras cargas negativas.
Principalmente quando um 
condutor permite que isto 
ocorra .
Inventou a balança de torsão 
para medir a força elétrica entre 
duas esferas.
O experimento
 de Coulomb
F = kq1q2/d2
Charles A 
Coulomb 
(1736 – 1806)
Cargas eletricas
Unidade de carga
1 coulomb = 1 C
Constante de Coulomb
k = 9×109 N/C2·m2
Entre nós, cargas negativas, a força 
elétrica é de repulsão. 
O mesmo ocorre entre cargas 
positivas. 
Porém entre nós e os protons,cargas 
de sinais opostos, ela é de atração.
Quanto mais próximos, mais intensa é 
a força elétrica.
A nossa carga é chamada de 
“carga elementar” e é 
simbolizada pela letra “e”.
Quantos de nós são 
necessários para constituirmos 
uma carga 1 C?
625 x 1016 
cargas elementares
 são necessários
para formar 1 C
Carga elementar
e = 1,6 x 10-19 C
Propriedade Física
• Os prótons e os elétrons são portadores de 
carga elétrica.
Carga elementar e Quantidade de 
Carga Elétrica
• 1 carga elétrica elementar (e) = 1,6 x 10-19 C 
(Coulomb).
• A quantidade de carga elétrica de um corpo é 
dada pela expressão:
Q = +/- n . e Onde:
Q – quantidade de carga elétrica.
e – carga elétrica elementar
+/- número de prótons ou elétrons em excesso
Corpos neutros e corpos 
eletrizados
• Os objetos materiais são formados por átomos, 
o que significa que eles são constituídos de 
elétrons e prótons (e nêutrons).
• Um objeto neutro possui mesmo número de 
elétrons e prótons.
• Um corpo eletrizado (ou eletricamente 
carregado) apresenta um desequilíbrio nos 
números de prótons e elétrons.
Corpos neutros e corpos 
eletrizados
Corpo negativamente carregado: número 
de elétrons superior ao número de prótons.
Corpo positivamente carregado: número 
de prótons superior ao número de elétrons.
Corpo eletricamente neutro
Corpo eletrizado positivamente
Corpo eletrizado negativamente
PRINCÍPIO FUNDAMENTAL DA 
ELETROSTÁTICA
• Corpos de sinais iguais se repelem.
• Corpos de sinais diferentes se atraem.
Condutores e isolantes
Condutores e isolantes
• Nos condutores, um ou mais dos elétrons 
das camadas mais externas desses 
átomos não estão firmemente presos aos 
núcleos. Estes elétrons são também 
chamados de elétrons livres.
• Em outros materiais, borracha e vidro, por 
exemplo, os elétrons estão firmemente 
ligados aos núcleos. Estes materiais são 
chamados de isolantes.
Processos de eletrização
• Eletrização é o processo no qual um 
corpo, inicialmente neutro, é eletrizado. 
• Neste processo os elétrons são 
adicionados ou removidos de um corpo.
• Existem três processos de eletrização: 
Atrito, contato e indução.
Processos de eletrização
Eletrização por atrito
Ocorre quando atritamos dois corpos de 
substâncias diferentes (ou não), 
inicialmente neutros, e haverá 
transferência de elétrons de um corpo 
para o outro, de tal forma que um corpo 
fique eletrizado positivamente (cedeu 
elétrons), e outro corpo fique eletrizado 
negativamente (ganhou elétrons)
Processos de eletrização
• Ex: Lã e vidro
Ao final do processo temos dois 
corpos eletrizados. O vidro carregado 
positivamente e a lã negativamente.
Inicialmente a lã e o vidro estão 
neutros e, portanto, em cada objeto 
encontramos o mesmo número de 
prótons e elétrons.
Ao atritar os dois objetos os elétrons 
são transferidos do vidro para a lã.
Processos de eletrização
Eletrização por contato
Ocorre quando um corpo eletrizado é colocado 
em contato com um corpo neutro. O excesso 
de carga do corpo eletrizado é distribuído 
entre os dois corpos. 
Quando os dois corpos possuem as mesmas 
dimensões, a carga é igualmente distribuída.
Processos de eletrização
Eletrização por contato
Exemplo 1: Corpo eletrizado negativamente
Corpo A (Eletrizado
Negativamente)
Corpo B 
(neutro)
O sinal 
negativo 
representa o 
excesso de 
elétrons no 
corpo A. 
A B
B
Processos de eletrização
Eletrização por contato
Exemplo 1: Corpo eletrizado negativamente
Os elétrons em excesso do corpo A são transferidos 
para o corpo B até que ambos possuam a mesma 
carga elétrica (corpos idênticos). 
A
Ao final do processo temos dois corpos 
eletrizados com cargas de sinais iguais.
Processos de eletrização
Eletrização por contato
Exemplo 2: Corpo eletrizado positivamente
Corpo A (Eletrizado
positivamente)
CorpoB 
(neutro)
O sinal 
positivo 
representa o 
excesso de 
prótons no 
corpo A. 
A B
O corpo B 
possui o 
mesmo 
número de 
prótons e 
elétrons.
Processos de eletrização
Eletrização por contato
Exemplo 2: Corpo eletrizado positivamente
Quando o contato é estabelecido entre os dois corpos, 
os elétrons de B são transferidos para A. Cada elétron 
transferido de B neutraliza um próton em excesso de A
A B
Processos de eletrização
Eletrização por contato
Exemplo 2: Corpo eletrizado positivamente
Quando o contato é estabelecido entre os dois corpos, 
os elétrons de B são transferidos para A. Cada elétron 
transferido de B neutraliza um próton em excesso de A.
A
Ao final do processo temos dois corpos 
eletrizados com cargas de sinais iguais.
B
Cada elétron 
neutraliza 
um próton.
Processos de eletrização
Eletrização por Indução
Quando um objeto negativamente carregado é colocado 
próximo a uma superfície condutora, os elétrons se 
movimentam pela superfície do material, mesmo não 
havendo contato físico.
Bastão carregado 
negativamente
Os elétrons livres 
da esfera 
condutora se 
movimentam 
devido a repulsão 
elétrica. 
Este é o princípio 
utilizado na 
eletrização por 
indução
Processos de eletrização
Eletrização por Indução
Considere duas esferas metálicas que estejam se 
tocando, de modo que efetivamente formem um 
único condutor não-eletrizado.
Sendo assim, as esferas possuem o mesmo 
número de elétrons e prótons.
Quando um bastão negativamente eletrizado é 
trazido para perto das esferas, os elétrons livres 
se movimentam devido à repulsão elétrica.
4 elétrons em 
excesso
4 prótons em 
excesso
Processos de eletrização
Eletrização por Indução
Quando um bastão negativamente eletrizado é 
trazido para perto das esferas, os elétrons livres 
se movimentam devido à repulsão elétrica.
Se as esferas forem separadas com o bastão 
ainda presente, elas ficarão igualmente 
carregadas, mas com cargas de sinais opostos.
4 elétrons em 
excesso
4 prótons em 
excesso
Processos de eletrização
Eletrização por Indução – aterramento
É possível eletrizar uma única esfera por indução se a 
tocarmos enquanto as cargas encontram-se separadas. 
O bastão carregado positivamente 
provoca a separação de cargas 
na esfera
Ao tocar a esfera, elétrons são 
transferidos.
Ao final do processo a esfera 
possui excesso de elétrons.
Processos de eletrização
Eletrização por Indução – aterramento
Este processo pode ser realizado com um fio 
ligado à terra (aterramento).
Os elétrons serão 
transferidos da terra 
para a esfera se o fio 
for ligado do lado 
positivo. Logo, a esfera 
ficará carregada 
negativamente.
Os elétrons serão 
transferidos da esfera 
para a terra se o fio for 
ligado do lado 
negativo. Logo, a 
esfera ficará carregada 
positivamente.
Os raios
Os raios
• Uma nuvem pode ser eletrizar a partir das 
colisões entre as partículas que a constitui.
• Experiências realizadas com balões 
mostram que as nuvens de tempestades 
(responsáveis pelos raios) apresentam, 
geralmente, cargas elétricas positivas na 
parte superior e negativas na inferior.
• Ao passar nas proximidades da superfície 
terrestre, a nuvem induz cargas de sinal 
contrário. 
Os raios
• Ao passar nas proximidades da superfície 
terrestre, a nuvem induz cargas de sinal 
contrário. 
O raio – ou descarga 
elétrica – é constituído 
de elétrons que, neste 
caso, são transferidos 
da nuvem para a 
superfície terrestre.
Os raios
Descarga elétrica da nuvem para o solo