ELETRICIDADE - PARTE I - ELETROSTÁTICA

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ELETRICIDADE
PARTE I - ELETROSTÁTICA
Um pouco sobre a história…
 Tales de Mileto (Séc. IV a.C.):
 - Atritou lã com âmbar;
 - Elétron do grego âmbar.
 Otto Van Guernick (Séc. XVII):
 - Inventou uma máquina de eletrizar os corpos (apresentações públicas);
 Benjamin Franklin (Séc. XVIII):
 - Estudou a natureza elétrica dos raios (1752);
 - Atritou vidro com lã.
Um pouco sobre a história…
 Alessandro Volta (Sec. XVIII – XIX):
 
Conseguiu assim uma corrente constante e não apenas descargas elétricas.
Revisão sobre modelos atômicos
  Modelo de John Dalton (Bola de bilhar)
Esferas maciças indivisíveis
Revisão sobre modelos atômicos
  Modelo de J. J. Thonsom (pudim de passas)
Prótons (+)
Elétrons (-)
Nêutrons (0)
  Modelo de Rutherford – Bohr (sistema planetário)
Elétrons incrustados cobre uma massa positiva – o núcleo.
Revisão sobre modelos atômicos
Max Planck
Heisenberg
Schrödinger
Modelos quânticos
E os quarcks onde entram na história?
Carga elétrica
 Conceito: É uma partícula que possui propriedades elétricas; é modificada ou modifica o meio em que é colocada;
 É uma grandeza escalar;
 A carga elétrica elementar do próton é igual a carga elétrica elementar do elétron em módulo!
A unidade é o Coulomb (C).
e = 1,6 x 
e(+) = 1,6 x 
e(-) = - 1,6 x 
Quantização da carga elétrica
Grandeza não pode assumir qualquer valor, e sim múltiplos inteiros de um mínimo.
Q = N . E
N = Np - Ne
Número de Avogadro: 6,02 x 
1 mol de elétrons --------- 6,02 x elétrons 
Resolução
1 átomo --------- 1 elétron
6 x 10^23 átomos --------- N elétrons
N = 6 x 10^23 elétrons
Q = N x E = 6 x 10^23 x 1,6 x 10^-19 
Q = 9,6 x 10^4 C
Princípios da eletrostática
 Princípio da atração e repulsão
Lembre-se: corpos neutros também podem sofrer atração eletrostática!
Princípios da eletrostática
QA + QB + QC = QA’ + QB’ + QC’
 Princípio da conservação de cargas
µC = 10^-6 C
ηC = 10^-9 C
ρC = 10^-12C
Condutores e isolantes
  Condutores
Metais;
Grafite
São os portadores livres de elétrons
  Isolantes
Borracha;
Giz
Madeira seca
Processos de eletrização
  Eletrização por atrito
- Os corpos ficarão com cargas opostas;
- Sofrerão atração após o atrito.
Série tribo elétrica
Processos de eletrização
  Eletrização por contato
Para esferas vale:
 = 
Esferas iguais
QA’ = QB’
Processos de eletrização
  Eletrização por contato
Processos de eletrização
  Eletrização por contato
Resolução:
QA + QC = QA’ + QC’
16 + 0 = 2QC’
QC’ = 8 µC
QC’ + QB = QC’’ + QB’
8 + 4 = y + y
2y = 12
y = 6 µc, logo .: QC’’ = 6 µC
Processos de eletrização
  Eletrização por indução
A terra será:
Esfera condutora;
Potencial zero;
Raio infinito
Para esferas vale:
 = 
ATERRAMENTO
Processos de eletrização
  Indução parcial
  Indução total
- A esfera continua neutra, porém polarizada!
- O valor da carga do induzido nunca será igual ao valor da carga do indutor!
- O valor da carga do induzido será igual ao valor da carga do indutor!
Processos de eletrização
1° Passo: Aproxima-se o indutor;
2° Passo: Aterramos o induzido
3° Passo: Desfazer o aterramento na presença do indutor
4° Passo: Afastamos o indutor
INDUÇÃO
Processos de eletrização
Pêndulo eletrostático
https://www.youtube.com/watch?v=iX-10nzTRKc&ab_channel=F%C3%ADsicadoEnsinoM%C3%A9dio
Eletroscópio de folhas
https://www.youtube.com/watch?v=iX-10nzTRKc&ab_channel=F%C3%ADsicadoEnsinoM%C3%A9dio ( a partir do 1:57)
Processos de eletrização
Revisão de operação com vetores
O produto ou quociente entre duas grandezas escalares é uma grandeza escalar;
O produto ou quociente entre duas grandezas vetoriais é uma grandeza escalar;
O produto ou quociente entre uma grandeza escalar e uma vetorial é uma grandeza vetorial.
Força elétrica – Lei de Coulomb
 
Hipérbole cúbica
Para que haja Fel são necessárias, no mínimo, duas cargas.
Sistemas com várias cargas
Força elétrica – Lei de Coulomb
Fr = m x a
Fr = Fel (repulsão)
Fel = m x a
/d² = m x a
9 x 10^9 x 10^-6 x 1,6 x 10^-9/(2 x 10^-3)^2 = 9 x 10^-2 x a
a = 3,6/9 x 10^-2
a = 0,4 x 10² = 40 m/s²
Campo elétrico
 Forças de campo:
 - Força gravitacional;
 - Força magnética;
 - Força elétrica.
É a única que não realiza trabalho
Modelo de campos: O corpo gerou, em torno de si, um campo que é expresso por um vetor que possui um módulo, uma direção e um sentido
Campo gravitacional
g = P/m
Campo elétrico
Expressão geral
Todo corpo eletrizado gera um campo elétrico ao seu redor
Campo elétrico gerado por cargas puntiformes
Para que haja campo elétrico só é necessário uma carga
Campo elétrico gerado por cargas puntiformes
Para que haja campo elétrico só é necessário uma carga
Campo elétrico gerado por cargas puntiformes
Demonstração
(+): Direção e sentido iguais;
(-): Direção e sentido diferentes
Campo elétrico gerado por cargas puntiformes
Hipérbole cúbica
Lembre-se:
Força é a ação entre dois corpos;
Campo é a modificação no espaço graças à existência de uma carga.
Campo elétrico gerado várias cargas
Lembre-se da soma vetorial!
Linhas de força
Linhas de força
Lembre-se: O campo elétrico é sempre tangente às linhas e aponta no sentido das linhas.
Linhas de força
Lembre-se: quando as linhas de campo estão espaçadas, o valor do campo elétrico é menor.
Poder das pontas
Campo elétrico do condutor esférico
Blindagem eletrostática
Linhas de força
Campo elétrico uniforme – parte I
Densidade superficial: 
Total de cargas numa determinada área.
 σ = Q/A
Campo elétrico gerado por placa infinita: 
 E = ½ * σ /ε
Campo elétrico uniforme resultante entre duas placas: 
E = σ/ ε
Cargas sujeitas ao Campo elétrico uniforme – parte I
Lembrando que: 
Caso a força elétrica seja igual à força resultante, temos:
Fr = Fel
Fel = m.a
E.q = m.a
Cargas sujeitas ao Campo elétrico uniforme – parte I
Lembrando que: 
P = m x g
Temos:
Fel = P
E.q = m.g
Lançamentos - Revisão
Cargas sujeitas ao Campo elétrico uniforme – parte I
Lançamentos - Revisão
Cargas sujeitas ao Campo elétrico uniforme – parte I
Resolução:
Fel = P
E.q = P
E = 2,4 x 10^-13/4,8x10^-19
E = 0,5 x 10^6 = 5 x 10^5 N/C e campo elétrico para cima
Energia potencial elétrica
Revisão de sistemas conservativos
Energia potencial elétrica
A energia potencial elétrica é a energia de um objeto carregado na presença de um campo elétrico externo. Se q tem condições de realizar movimento, o sistema está dotado de energia.
Para cargas puntiformes:
Hipérbole equilátera
Energia potencial elétrica
Lembre-se:
Ep (+) = partícula mais próxima da carga positiva.
Ep (-) = partícula mais distante da carga positiva.
Energia potencial elétrica – questão 1
Resolução:
Sistema inicial
Energia potencial elétrica
Resolução:
Sistema inicial
U = E1,2 + E1,3 + E2,3
U = kqq/d + kqq/d + kqq/d
U = 3kqq/d
Resolução:
Sistema final
U’ = E1,2 + E1,3 + E2,3
U’ = kqq/d + kq2q/d + kq2q/d
U’ = kqq/d + 2kqq/d + 2kqq/d
U’ = 5kqq/d
Kqq/d = U/3
U’ = 5U/3
Energia potencial elétrica – questão 2
Resolução:
Sistema inicial
Energia potencial elétrica
Energia potencial elétrica