Guia de Estudos da Unidade 1 - Eletricidade e Magnetismo

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Eletricidade e Magnetismo
UNIDADE 1
1
1ª UNIDADE
DISCIPLINA: ELETRICIDADE E MAGNETÍSMO
 Palavras do Professor
Desejamos a você boas-vindas à disciplina de Eletricidade e Magnetismo. 
Conforme você pode ver no Ambiente Virtual de Aprendizagem (AVA), esta disciplina é composta por 
quatro unidades. Em todas elas você terá ao final de cada unidade, o exercício e os fóruns avaliativos.
Na primeira unidade, você estudará sobre Eletricidade: definição, suas divisões, seus princípios, etc. Todo 
conteúdo que será abordado, a partir de agora, foi feito com bastante dedicação e carinho, para que seja 
de grande relevância para sua vida acadêmica e profissional. 
Vamos começar?
eleTrICIdade
Introdução
Na Grécia Antiga, mais precisamente na cidade de Mileto, um filósofo grego chamado Tales fez uma 
descoberta que deu início ao estudo da Eletricidade. Ele observou que o âmbar (uma resina vegetal de 
cor amarelada), depois de ser atritado, adquiriu a propriedade de atrair corpos leves. Tal observação do 
filósofo Tales permanecer isolada.
Só após muito tempo, exatamente 19 séculos depois, no século XVI, é que um físico chamado William 
Gilbert, que também era médico da rainha Izabel I, fez outra descoberta: muitos outros corpos, em atrito, 
adquirem o atributo de atrair corpos leves, da mesma forma como se comporta o âmbar.
Então, ele explicou que os referidos corpos estavam se comportando como o âmbar, logo, tais corpos 
estavam eletrizados. 
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Figura 1
Fonte: http://www.geocities.ws/saladefisica9/biografias/tales11.jpg
 
Figura 2
Fonte: http://amberfactory.com/images/inclusions1.jpg
A palavra elétron tem origem grega ( , élektron, âmbar) e é normalmente representada como 
e-. O elétron é a partícula mais leve que transporta uma unidade de carga, então, utilizando-se da palavra 
“eletrizado”, ele quis dizer "do mesmo modo que o elétron”. A causa do atrito entre esses corpos (a qual 
Gilbert não conhecia), deu-se o nome de ELETRICIDADE, sendo ainda utilizada até hoje. Chama-se corpo 
eletrizado àquele corpo que está com a característica de atrair outros corpos, isto é, manifesta eletricida-
de; o contrário – aquele que não está eletrizado - chama-se corpo neutro.
Atualmente, o elétron é definido como uma partícula subatômica de carga negativa. No modelo padrão 
ele é um lépton, junto com o múon, o tau e os respectivos neutrinos. O elétron foi proposto como partícula 
subatômica, pelo físico britânico J. J. Thompson no ano de 1897. A carga do elétron é de 1,609 x 10-19 C 
e a sua massa é de 9,109 x 10-31 kg. Usualmente, em física nuclear, a carga do elétron é definida como 
sendo uma unidade.
http://www.geocities.ws/saladefisica9/biografias/tales11.jpg
http://amberfactory.com/images/inclusions1.jpg
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O elétron é responsável pelo balanceamento de carga dos átomos. 
definição
De modo sucinto, podemos definir Eletricidade como uma ciência ou o ramo da física que estuda os fenô-
menos referentes à eletrostática, eletrociência e eletromagnetismo. 
Partindo do princípio que a Eletricidade é uma ciência e como tal é de grande importância para nossa vida, 
existe um vasto conteúdo sobre o assunto. Por isso, caro (a) aluno (a), você deverá pesquisar em várias 
fontes para que você mesmo (a) possa ter seu próprio entendimento. 
leITura ComPlemenTar
Acesse abaixo, alguns links que tratam da definição de Eletricidade:
http://www.eletronica.org/arq_apostilas/2/Corrente_continua.pdf
http://www.significados.com.br/eletricidade/ 
 
 
Figura 3 - fonte.
Não se pode separar o estudo dos fenômenos elétricos do estudo dos fenômenos magnéticos, pois, eles 
possuem uma íntima ligação. Os fenômenos magnéticos são produzidos pelos ímãs, também chamados 
de magnetos. Em grande parte da bibliografia a respeito do assunto, você encontrará a divisão do estudo 
da eletricidade e do magnetismo nas seguintes partes:
http://www.eletronica.org/arq_apostilas/2/Corrente_continua.pdf
http://www.significados.com.br/eletricidade/
http://cerroazulme.com.br/wp-content/uploads/2014/01/Eletricidade-Imagem-iStockphoto-Thinkstock.jpg
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•	 eletrostática - Estuda os fenômenos provocados pela eletricidade em equilíbrio.
•	 eletrodinâmica - Estuda a eletricidade em movimento.
•	 magnetismo - Estuda os fenômenos provocados pelos ímãs.
•	 eletromagnetismo - Estuda os fenômenos elétricos relacionados com os fenômenos magné-
ticos.
Mas afinal, você sabe o que realmente significa cada uma das partes da eletricidade e do magnetismo? 
A partir de agora, Vamos nos dedicar como desenvolve a Eletrostática. 
Vamos começar?
eleTrosTÁTICa
Carga elétrica
 
Figura 4
Fonte: http://portaldoprofessor.mec.gov.br/storage/discovirtual/aulas/15335/imagens/cargas01.jpg
Observe a figura (4) acima: perceba que a matéria é constituída por partículas pequenas chamadas de 
átonos que, por sua vez, são constituídos de partículas menores na seguinte composição: o núcleo é com-
posto por prótons (positivos) e nêutrons (sem carga); a eletrosfera é composta pelos elétrons (negativos).
http://portaldoprofessor.mec.gov.br/storage/discovirtual/aulas/15335/imagens/cargas01.jpg
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Guarde essa IdeIa!
Se um corpo possui excesso de elétrons, saiba que o mesmo tem carga negativa, mas 
se há falta de elétrons em relação ao número de protons, o corpo tem carga positiva.
A quantia de carga elétrica de um corpo é estabelecida pela diferença entre o número 
de prótons e o número de elétrons que um corpo contém. O símbolo da carga elétrica de 
um corpo é Q, já no Sistema Internacional de Unidades (SI) é representada pela unidade 
coulomb (C). A carga de um C, ou seja de um coulomb negativo significa que o corpo 
contém uma carga de 6,25 x 1018 mais elétrons do que prótons.
 
Figura 5
Fonte: http://pt.slideshare.net/fisicaatual/eletrizao-1
Cada átomo, geralmente é eletricamente neutro, isso quer dizer que ele possui quantidades iguais de 
carga negativa e positiva, ou seja, existem tantos prótons em seu núcleo, quantos elétrons ao seu redor, 
no exterior. Os prótons estão fortemente ligados ao núcleo dos átomos. Apenas os elétrons podem ser 
transferidos de um corpo para outro.
Pela teoria atual, realizada por Fletcher e também por Millikan, as menores partículas portadoras de carga 
elétrica, os prótons e os elétrons, são indivisíveis. Esse fato faz com que a quantidade de carga elétrica 
não possa assumir quaisquer valores, sendo possíveis somente valores múltiplos de quantidade de carga 
elementar (e). Portanto, a quantidade de carga elétrica de um corpo é quantizada. 
Medida da carga elétrica: 
Q = Quantidade de carga
n = Número de elétrons em excesso (-) ou em falta (+).
e = Carga elementar = ± 1,6 ∙ 10-19 C
 
http://pt.slideshare.net/fisicaatual/eletrizao-1
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É usual o emprego dos submúltiplos:
1 milecoulomb = 1 mC = 10-3 C
1 microcoulomb = 1 mC = 10-6 C
1 nanocoulomb = 1 nC = 10-9 C
1picocoulomb = 1 rC = 10-12 C
Princípios da eletrostática 
1º - Princípio da Atração e Repulsão
“Cargas elétricas de mesmo sinal se repelem e de sinais contrários se atraem”.
 
 
 
2º - Princípio da Conservação das Cargas Elétricas
“Num sistema eletricamente isolado, a soma das cargas elétricas é constante”.
Condutores e Isolantes
•	 Condutores de eletricidade
O material bom condutor é caracterizado pelo fato dos elétrons de valência (o cobre possui um elétron na 
última camada, por exemplo) estarem ligados ao átomo, de forma fraca, podendo ser facilmente desloca-
dos do mesmo. Há outros materiais que têm uma composição semelhante ao cobre, com um único elétron 
na camada de valência como os exemplos: ouro e prata, dois excelentes condutores de eletricidade. 
Como nos metais, as cargas elétricas podem ser conduzidas por elétrons, como nos metais (condutores 
de 1ª espécie) ou por íons, como nos eletrólitos (condutores de 2ª espécie), ou ainda por elétrons e íons, 
como nos gases rarefeitos dos tubos de descarga elétrica (condutores de 3ª espécie).
�� = QQ DEPOISANTES7
•	 Isolantes de eletricidade (dielétricos)
Os materiais isolantes devem corresponder aos materiais que apresentam os elétrons de valência de 
forma rígida ligados aos seus átomos. Os próprios elementos simples, entre eles, existem vários que 
apresentam os elétrons de valência rigidamente ligados aos átomos. No entanto, pode-se verificar que se 
consegue uma resistividade muito maior com substâncias compostas, como os exemplos: borracha, mica, 
teflon, baquelite e etc. É mais ou menos intuitivo que os átomos se combinam, formando estruturas com-
plexas, os elétrons ficam mais fortemente ligados a estas estruturas. Em geral, bons isolantes térmicos 
são bons isolantes elétricos. 
 
 
Figura 6
http://www.portalsaofrancisco.com.br/alfa/isolantes-eletricos/imagens/isolantes-eletricos-3.jpg
Agora, querido (a) aluno (a) você conhecerá os três processos de eletrização: por atrito, por contato e por 
indução.
ProCessos de eleTrIZaÇÃo 
Por atrito
Há duas condições que precisam ser observadas: a primeira condição é que os corpos sejam feitos de 
materiais diferentes. Eles são mutuamente esfregados para que haja a transferência de elétrons de um 
para o outro (eletroafinidade) e assim provoca uma eletrização dos dois corpos com cargas iguais, em 
módulo, mas de sinais opostos.
A segunda condição é que, pelo menos um dos corpos deve ser isolante. Atritando-se dois condutores, 
eles não vão manter a eletrização.
 
http://www.portalsaofrancisco.com.br/alfa/isolantes-eletricos/imagens/isolantes-eletricos-3.jpg
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A tabela abaixo, mostra alguns tipos de materiais que adquirem carga positiva ou negativa, dependendo 
do outro material ao qual está sendo atritado. Por exemplo, ao atritar vidro e seda, o vidro adquire cargas 
positivas e a seda cargas negativas. Porém, ao atritar seda e âmbar, o âmbar adquire cargas negativas e 
a seda, cargas positivas.
 
Figura 7
Fonte: http://cepa.if.usp.br/e-fisica/imagens/eletricidade/basico/cap01/fig19.gif
sÉrIe TrIBo-elÉTrICa
Tabela 1
Fonte: Tabela criada pelo professor
•	 alguns Perigos da eletricidade estática
exemPlos
A carga elétrica é gerada em lugares onde se encontram rolos elétricos, por exemplo. Podemos citar al-
guns exemplos: nas tecelagens, nas fábricas de papel (onde são fabricados em rolos) quando o tecido ou 
http://cepa.if.usp.br/e-fisica/imagens/eletricidade/basico/cap01/fig19.gif
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o papel passam ao redor desses rolos elétricos, ocorre a carga elétrica. Essa carga pode causar faíscas, 
podendo gerar incêndios, inclusive, de grandes proporções. 
Você sabe como isso pode ser evitado?
Basta umedecer o ar de maneira que se formem filmes de umidade sobre as superfícies, resultando na 
retirada das cargas elétricas. Não é simples?
outro exemplo: ao transportar a gasolina, os caminhões fazem movimentos bruscos 
causando o chacoalhar da gasolina. Isso faz com que cause atrito da gasolina com as 
paredes do caminhão, gerando carga elétrica. Depois do transporte, quando uma pes-
soa tocar com a mão a válvula para descarregar a gasolina, pode “escapar” uma faísca 
(ou mais) que produzirá a combustão do vapor da gasolina.
Vamos fazer a mesma pergunta de antes: você sabe como isso pode ser evitado?
A opção encontrada nesses caminhões para isso tudo ser evitado é manter uma corrente metálica se 
arrastando no chão. Essa corrente conduz para a terra qualquer carga elétrica que se possa gerar.
Por contato 
É quando um corpo carregado (de maneira prévia) entra em contato com outro corpo eletricamente neutro. 
Parte da carga do primeiro corpo é passada para o último que passa assim a ficar eletrizado com carga de 
mesmo sinal que aquela.
 
Figura 8
Fonte: http://www.mundofisico.joinville.udesc.br/Prevestibular/2005-1/mod1/node22.html
http://www.mundofisico.joinville.udesc.br/PreVestibular/2005-1/mod1/node22.html
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Se os corpos forem idênticos (mesma capacidade eletrostática) as cargas serão iguais e se forem diferen-
tes, as cargas serão proporcionais as suas capacidades eletrostáticas.
exemPlo
Agora, você verá outro exemplo de eletrização por contato: quando duas substâncias 
de naturezas distintas, sendo as duas inicialmente neutras, são colocadas em contato 
durante muito tempo, com grande superfície de contato, ambas se eletrizarão. Temos 
então um caso mais difícil de observar porque a eletrização das duas é muito fraca.
Por indução eletrostática 
Baseado no princípio de atração e repulsão, esse exemplo de processo de eletrização dá-se quando um 
corpo carregado (carga indutora) é posto próximo ao corpo neutro (carga induzida), porém sem qualquer 
contato com ele. Mantendo-o nesta posição, liga-se um fio terra ao corpo que se deseja carregar, cortando 
em seguida a ligação e afastando o que está carregado. O resultado é que corpo neutro ficará eletrizado 
com a carga de sinal oposto do corpo previamente eletrizado. 
 
Figura 9
Fonte: http://www.geocities.ws/saladefisica8/eletrostatica/eletrizacao32.jpg
Um aspecto importante a ser observado no processo de eletrização por indução eletrostática é que os 
corpos eletrizados atraem os corpos neutros.
http://www.geocities.ws/saladefisica8/eletrostatica/eletrizacao32.jpg
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•	 Poder das Pontas
 
Há maior probabilidade de uma ponta ser atingida por um raio do que uma superfície plana. Você sabe o 
motivo? Vamos explicar!
Existe uma maior facilidade e quantidade de acúmulo em superfícies mais delgadas de um corpo carrega-
do porque são mais solicitadas pelas cargas elétricas. 
•	 fio Terra
Um aterramento bem feito permite que a descarga elétrica possua um ponto de escape, a terra. Enfim, é 
a diferença de potencial elétrico e entre o solo e as nuvens que atrai os elétrons para o chão, ou melhor, 
para a terra. Por exemplo: se uma tomada não tiver aterrada, a energia que deveria ir para a terra irá 
diretamente para o equipamento eletrônico conectado à tomada.
 
Para não acontecer descarga elétrica nos equipamentos, usa-se o conector de três pinos (fase, neutro e 
terra). Por isso, não se deve retirar o terceiro pino que vem na ponta do fio de força do seu aparelho, por-
que é ele que irá permitir o seu aterramento, evitando assim que seus equipamentos sejam “queimados” 
na primeira trovoada. Não é verdade?
Aterrar uma rede de energia não é simplesmente ligar o fio terra num pedaço de metal qualquer, tampou-
co enterrar o fio diretamente na terra. Na realidade, um aterramento incorreto é mais perigoso do que não 
tê-lo. Ou seja, para se fazer aterramento bem feito, você vai precisar de um bom eletricista que entenda 
desse assunto.
 
Figura 10
Fonte: http://www.fazfacil.com.br/wp-content/uploads/2012/07/ref_ele_tomadas15.gif
http://www.fazfacil.com.br/wp-content/uploads/2012/07/ref_ele_tomadas15.gif
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•	 eletroscópio de folhas
O eletroscópio de folhas é comumente conhecido como um aparelho que detecta e medi cargas elétricas. 
Ele é formado por duas folhas metálicas, finas e flexíveis, ligadas em sua parte superior a uma haste, que 
se prende a uma esfera, ambas condutoras. Não há passagem de cargas elétricas da haste para a esfera 
devido ao uso do isolante.
 
Figura 11
Fonte: http://www.mundofisico.joinville.udesc.br/Prevestibular/2005-1/mod1/node23.html
Normalmente, as folhas metálicas são mantidas dentro de um frasco transparente, a fim de aumentar a 
sua justeza e sensibilidade. 
 CorPo sem CarGa CorPo Com CarGa
 
 
Figura 12
Fonte: http://www.cepa.if.usp.br/e-fisica/eletricidade/basico/cap03/cap3_01.php
http://www.mundofisico.joinville.udesc.br/PreVestibular/2005-1/mod1/node23.html
http://www.cepa.if.usp.br/e-fisica/eletricidade/basico/cap03/cap3_01.php
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Acontece a indução estática quando se aproxima da esfera (cabeça) o corpo que se quer verificar, se ele 
estiver eletrizado, isto é, se o corpo estiver carregado de forma negativa, repele os elétrons livres da esfe-
ra para as lâminas, fazendo com que elas se abram devido à repulsão. Mas,se o corpo estiver com cargas 
positivas, ele atrai os elétrons livres das lâminas, fazendo também com que elas se abram novamente, 
devido à repulsão.
A determinação do sinal de carga do corpo em teste (que já está eletrizado) é conseguida quando se 
carrega antes o eletroscópio com cargas de sinal conhecido. Dessa maneira, as lâminas terão uma deter-
minada abertura inicial.
•	 força elétrica
O cientista, engenheiro e físico francês Charles Augustin de Coulomb, mais conhecido com Charles Cou-
lomb (1736 - 1806), conseguiu constituir de forma experimental, uma expressão matemática que nos 
permite calcular o valor da força entre dois pequenos corpos eletrizados. Ele constatou que o valor dessa 
força (atração ou repulsão) é tanto maior quanto maiores forem os valores das cargas nos corpos, e tanto 
menor quanto maior for à distância entre eles. Isto quer dizer que a força com que duas cargas se atraem 
ou repelem é proporcional às cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância que as separa.
leITura ComPlemenTar
Para você saber mais a respeito de Charles Coulomb, acesse os links abaixo: 
https://pt.wikipedia.org/wiki/Charles_Augustin_de_Coulomb
http://www.sofisica.com.br/conteudos/Biografias/coulomb.php
 
Figura 13
Fonte: http://www.geocities.ws/saladefisica8/eletrostatica/coulomb.html
https://pt.wikipedia.org/wiki/Charles_Augustin_de_Coulomb
http://www.sofisica.com.br/conteudos/Biografias/coulomb.php
http://www.geocities.ws/saladefisica8/eletrostatica/coulomb.html
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De posse destes resultados, Coulomb relacionou as grandezas do seguinte modo: 
Onde:
F = Força (N)
q = Carga (C) 
d = Distância (m)
k VÁCUO = 1/4p = 8,99 x 10
9 N.m2/C2 é uma constante eletrostática que tem essa forma para atender 
necessidades de ajustes dimensionais e para simplificar as equações de Maxwell. 
e0 = 8,85 x 10
-12 C2/N.m2, é a permissividade elétrica no vácuo, é uma constante muito importante no 
eletromagnetismo.
Para medir as forças, Charles Coulomb aprimorou o método de descobrir a força elétrica entre duas cargas 
através da torção de um fio. Foi a partir daí que se criou um medidor de força extremamente sensível, 
denominado balança de torção. 
A tabela abaixo dá os valores de carga elétrica e massa das partículas fundamentais do átomo. 
Tabela 2
Fonte: Tabela criada pelo professor
Considerando-se um átomo de hidrogênio, onde a distância entre elétron e próton é 5,3 x 10-11 m, apro-
ximadamente, e usando as leis da gravitação e de Coulomb para calcular as respectivas forças, chega-se 
aos resultados seguintes.
Atração elétrica entre elétron e próton ≈ 3,7 x 10-8 n
Atração gravitacional elétron / próton ≈ 8,1 x 10-47 n 
Isso demonstra que, no átomo, a força gravitacional é muito pequena em relação à elétrica.
 
 
Partícula Carga massa kg
Próton (p) +e ≈ 1,67 . 10-27
Nêutron (n) 0 ≈ 1,67 . 10-27
Elétron (e) -e ≈ 9,11 . 10-31
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aCesse o amBIenTe vIrTual
Encerramos neste momento, todo o conteúdo da Unidade I. Espero que você tenha gostado, querido (a) 
aluno (a).
Lembre-se: é importante que você tenha compreendido todo o assunto, pois ele facilitará a sua vida aca-
dêmica e também na sua vida profissional.
Agora, você deve ir ao Ambiente Virtual de Aprendizagem (AVA) e realizar as atividades (caráter avalia-
tivo) referentes ao conteúdo aprendido nesta primeira unidade. Caso tenha alguma dúvida, você deve 
entrar em contato com o (a) tutor (a) para que as esclareça. Encontramo-nos em breve na próxima unidade. 
Até lá!