Força eletrostática

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Física III 1
Física III
Eletricidade e 
Magnetismo
Física III 2
Unidade I – Força eletrostática
Física III 3
Unidade I – Força eletrostática
1.1 – Revisão histórica
• Magnetismo  bússola utilizada na China no séc. XIII a.C., sendo sua
invenção de origem árabe ou indiana. Os gregos conheciam o
magnetismo já em 800 a.C.
• Eletricidade  gregos descobriram que se um pedaço de âmbar fosse
friccionado e depois aproximados de pedacinhos de palha, a palha seria
atraída pelo âmbar.
• Em 1820, Oesterd descobriu a ligação entre a Eletricidade e o
Magnetismo: uma corrente elétrica em um fio é capaz de mudar a
direção da agulha de bússola.
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1.2 – Propriedades das cargas elétricas
A carga elétrica é uma propriedade intrínseca das partículas da qual é feita
a matéria.
Experimentos demonstraram a existência de dois tipos de cargas:
• positiva (prótons)
• negativa (elétrons)
Cargas de mesmo sinal se repelem, e cargas de sinais diferentes se atraem.
A carga elétrica é quantizada.
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1.2 – Propriedades das cargas elétricas
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1.2 – Propriedades das cargas elétricas
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1.3 – Isolantes e Condutores
Condutores elétricos são materiais nos quais alguns elétrons são livres,
não estando ligados aos átomos e podem se mover de modo relativamente
livre.
Isolantes elétricos  são materiais nos quais todos os elétrons estão
ligados aos átomos e não podem se mover livremente.
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1.3 – Isolantes e Condutores
Processos de eletrização
• Atrito
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1.3 – Isolantes e Condutores
Processos de eletrização
• Indução
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1.3 – Isolantes e Condutores
Processos de eletrização
• Indução
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1.3 – Isolantes e Condutores
Processos de eletrização
• Indução
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1.3 – Isolantes e Condutores
Processos de eletrização
• Polarização
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1.4 – Lei de Coulomb
Charles Coulomb mediu as intensidades das forças elétricas entre corpos
carregados utilizando uma balança de torção.
Para duas cargas, q1 e q2, separada por uma distância r, Coulomb chegou às
seguintes conclusões:
• A força elétrica entre as cargas é proporcional ao produto das
cargas,
• A força elétrica é proporcional ao inverso do quadrado da distância.
1 2
2 ˆE e
q q
F k r
r
=

Lei de Coulomb 
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1.4 – Lei de Coulomb
1 2
2 ˆE e
q q
F k r
r
=

Lei de Coulomb 
9 2 2 (constante elétrica) 8,9876 10 N.m /Cek = ×
8 2 2
0 (permissividade do espaço livre) 8,8542 10 C /N.mε
−= ×
0
1
4e
k
πε
=
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1.4 – Lei de Coulomb
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Exemplos
Exemplo 1.1
São mostradas duas cargas, de mesmo módulo. Faça uma representação das forças
sobre cada uma delas.
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Exemplos
Exemplo 1.2
São mostradas duas cargas, de mesmo módulo. Faça uma representação das forças
sobre cada uma delas.
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Exemplos
Exemplo 1.3
São mostradas três cargas, de mesmo módulo. Faça uma representação das forças
sobre cada uma delas.
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Exemplos
Exemplo 1.4
A figura mostra dois prótons (símbolo p) e um elétron (símbolo e) sobre uma reta.
Qual é o sentido
a) da força eletrostática exercida pelo elétron sobre o próton do meio;
b) da força eletrostática exercida pelo outro próton sobre o próton do meio;
c) da força total exercida sobre o próton do meio?
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Exemplos
Exemplo 1.5
Dadas 2 cargas, Q1 e Q2, distantes uma da outra em r, sofrem uma força elétrica F.
O que ocorre com F, quando:
a) Duplicar a carga Q1;
b) Triplicar a carga Q2;
c) Duplicar Q1 e triplicar Q2 ao mesmo tempo;
d) Triplicar r;
e) r diminuir pela metade e Q1 aumentar 12 vezes.
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Exemplos
Exemplo 1.6
O elétron e o próton de um átomo de hidrogênio estão separados (em média) por
uma distância de aproximadamente 5,3 x 10-11 m. Determine o módulo da força
elétrica entre as duas partículas. (Resposta: 8,2 x 10-8 N)
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Exemplos
Exemplo 1.7
Duas cargas pontuais estão localizadas no eixo x, como mostra a figura. A carga
positiva q1 = 15,0 µC está em x = 2,00 m, a q2 = 6,00 µC na origem e a força
resultante sobre q3 é zero. Qual é a coordenada x de q3? (Ou onde está q3?)
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Exemplos
Exemplo 1.8
Explique, de um ponto de vista atômico, por que a carga geralmente é transferida
por elétrons.
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Exemplos
Exemplo 1.9
Um balão é carregado negativamente por atrito e adere, então, a uma parede. Isso
significa que a parede está carregada positivamente? Por que o balão cai depois de
certo tempo?
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Exemplos
Exemplo 1.10
Uma pequena esfera de chumbo de massa igual a 8,0 g possui excesso de elétrons
com uma carga líquida igual a -3,20 x 10-9 C. Calcule o número de elétrons em
excesso sobre a esfera.
(Resposta: 2 x 1010 elétrons)
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Exemplos
Exemplo 1.11
Duas pequenas esferas condutoras idênticas são colocadas com seus centros
separados por 0,300 m. A uma delas é dada uma carga de 12,0 nC, e à outra, uma
carga de -18,0 nC.
a) Encontre a força elétrica exercida entre elas. (Resposta: 2,16 x 10-5 N)
b) As esferas são conectadas por um fio condutor. Encontre a força elétrica entre
as duas depois que elas atingirem o equilíbrio. (Resposta: 8,99 x 10-7 N)