Unidade 01 - Lei de Coulomb - Parte 01

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Unidade 01:
Lei de Coulomb
Instituto de Ciências Exatas e Naturais
Faculdade de Computação
Bacharelado em Ciência da Computação
Prof.: Josivaldo Araújo
josivaldo@ufpa.br
Agenda
 UNIDADE 01: LEI DE COULOMB
 1.1. Por que estudar Física?
 1.2. Origem da Eletricidade.
 1.3. Cargas Elétricas;
 1.4. Processos de Eletrização;
 1.5. Propriedades das Cargas: Quantizada e Conservada;
 1.6. Condutores e Isolantes;
 1.5. A Lei de Coulomb;
 1.6. Eletricidade Estática na Computação.
Por que estudar Física?
 Porque estamos cercados por aparelhos que
dependem dos conceitos da Física, mas
especificamente do Eletromagnetismo  Fenômenos
Elétricos e Magnéticos.
Por que estudar Física?
 Porque, também, pode-se explicar muitos fenômenos
naturais;
Origem da Eletricidade
 O nome eletricidade deriva da palavra grega
Eléktron, utilizada pelos gregos em
referência a uma resina fossilizada
proveniente de algumas árvores: o âmbar.
 Os gregos antigos perceberam que, ao atritar
o âmbar na pele de animais, esse material
adquiria a propriedade de atração de
pequenos corpos, como penas, tecidos etc.
 De início, imaginava-se que os fenômenos elétricos não
tinham correspondência com fenômenos magnéticos
 Em 1820, o dinamarquês Hans Christian Oersted observou
que a corrente elétrica gerava campo magnético e, assim,
deu-se início à Era do Eletromagnetismo.
Uma corrente elétrica em um
fio é capaz de mudar a
direção da agulha de uma
bússola.
 A ciência do Eletromagnetismo foi cultivada por cientistas de
muitos países, como: Michael Faradey, James Clerk Maxwell,
Charles Augustin de Coulomb, entre outros.
Origem da Eletricidade
Cargas Elétricas
 A carga elétrica é uma propriedade intrínseca das partículas
fundamentais de que é feita a matéria; em outras palavras, é
uma propriedade associada à própria existência dessas
partículas;
Considerando a quantidade de
cargas positivas e/ou negativas
contidas em um objeto, pode-se
afirmar que o mesmo está
carregado ou neutro;
 Se o no Prótons = no Elétrons => Eletricamente Neutro;
 Se no Prótons ≠ no Elétrons => Eletricamente Carregado;
 Situações do Cotidiano:
Quando penteamos o cabelo, num dia
seco, podemos notar que os fios
repelem-se uns aos outros. Isso ocorre
porque os fios de cabelo, em atrito com
o pente, eletrizam-se com cargas de
mesmo sinal.
Caso uma centelha elétrica seja
produzida ao manipular um
microcircuito de um computador, o
componente pode ser inutilizado.
Cargas Elétricas
1) Eletrização por Atrito:
S
é
ri
e
T
ri
b
o
e
lé
tr
ic
a
Cargas Elétricas
 Processos de Eletrização:
2) Eletrização por Contato:
Cargas Elétricas
 Processos de Eletrização:
3) Eletrização por Indução:
Eletrização por Indução
(através do Aterramento):
Cargas Elétricas
 Propriedade da Carga Elétrica:
1) A Carga é Quantizada:
 Todas as cargas que aparecem na natureza são múltiplas
da unidade fundamental da carga, ou seja, a carga
elétrica é quantizada;
Carga elementar de uma partícula
atômica que o corpo possui em maioria:
Número de elétrons que um corpo
ganhou ou perdeu;
Carga elétrica: “quantidade de
eletricidade de um corpo”;
Unidade: Coulomb (C)
2) Princípio da Conservação da Carga Elétrica:
 Em um sistema eletricamente isolado a quantidade de
prótons e elétrons permanece sempre inalterada.
Cargas Elétricas
 Propriedade da Carga Elétrica:
 EXEMPLO 01:
 Uma carga de 50 nC pode ser produzida em laboratório pelo
simples atrito entre dois corpos. Quantos elétrons deverão
ser transferidos para produzir essa carga?
Resolução:
Q = ±Ne
Q = 50 nC = 50 x 10-9 C
Dados Fornecidos:
e = 1,6 x 10-19 C
50 x 10-9 C = N x 1,6 x10-19 C
N = 50 x 10-9
1,6 x10-19
N = 3,12 x 10+11 e-
Cargas Elétricas
 Podemos classificar os materiais de acordo com a facilidade
com a qual as cargas elétricas se movem em seu interior.
1) Condutores:
Condutores e Isolantes
Corpo Humano
Metais
 Podemos classificar os materiais de acordo com a facilidade
com a qual as cargas elétricas se movem em seu interior.
2) Isolantes:
Condutores e Isolantes
Plástico
Madeira
Borracha
Vidro
 São materiais com propriedades elétricas intermediárias
entre os condutores e as dos não-condutores.
 São bastante utilizados para a fabricação de
componentes eletrônicos como diodos, transístores,
microprocessadores, chips, LED, entre outros;
 Podemos classificar os materiais de acordo com a facilidade
com a qual as cargas elétricas se movem em seu interior.
3) Semicondutores:
Condutores e Isolantes
Arseneto de Gálio é utilizado como
filme monocristalino para uso de
células solares de alta eficiência.
Germânio é utilizado na
fabricação de fibras ópticas.
Silício é utilizado na fabricação
de componentes eletrônicos;
 Podemos classificar os materiais de acordo com a facilidade
com a qual as cargas elétricas se movem em seu interior.
4) Supercondutores:
Condutores e Isolantes
 São condutores perfeitos, ou seja, materiais nos quais as
cargas se movem sem encontrar nenhuma resistência;
 Essa “falta” de resistência é determinada por uma
temperatura crítica (geralmente muito baixa), e depende
das características de cada material;
Exemplos:
Materiais/Temperatura Crítica:
 Mercúrio: 4,19 K;
 Tório: 1,4 K;
 Chumbo: 7,2 K;
 Alumínio: 1,19 K;