• 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.
m = 9,1 x 10-31 kg
e = 1,6 x 10-19 C
Robert Millikan
1868 – 1953
Nobel 1923
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.
Modelo de
Thomsom
Modelo de
Rutherford
Modelo
de Bohr
Modelo de
Bohr- Sommerfeld
Modelo atual
Orbitais: s, p, d,f
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.
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.
Na eletrização ocorre
transferência de elétrons
de um corpo para outro.
Carga negativa
Carga positiva
“falta de elétrons”
“excesso de
elétrons”
A série indica para
onde nos
transferimos quando
2 materiais são
colocados em forte
contato, como o
atrito.
Série triboelétrica
Mão humana
Pele de coelho
Vidro
Nylon
Seda
Papel
Borracha
Acetato
Poliester
isopor
PVC
Mais negativo
Exemplo:
vidro com seda
Vidro (+) e seda (-)
Mais positivo
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
.
Possuem eletrons livres.
Eles podem se
movimentar,
e levar energia de um
ponto para outro
Não possuem eletrons
livres.
As cargas ficam
localizadas.
O material isolante não
transmite eletricidade.
Eletrização e Neutralização por
contato
MATERIAL CONDUTOR
Indução eletrostática
Temos muita mobilidade
dentro de um condutor.
Sob a influência de uma
carga externa nós
deixamos uma região
negativa e outra positiva.
Processo de separação de
cargas que ocorre num
condutor sob influência de
cargas externas externas.
A nossa tendência é “fugir”
para mais longe possível de
outras cargas negativas.
Eletrizando por indução
Principalmente quando um
condutor permite que isto
ocorra .
O sinal da carga residente
no corpo eletrizado é oposto
ao da carga indutora.
O eletróforo
de Volta
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.
O experimento
de Coulomb
Constante de Coulomb
k = 9×109 N/C2·m2
Charles A
Coulomb
(1736 – 1806)
Inventou a balança de torsão
para medir a força elétrica entre
duas esferas.
F = kq1q2/d2
Cargas eletricas
Unidade de carga
1 coulomb = 1 C
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?
Carga elementar
e = 1,6 x 10-19 C
625 x 1016
cargas elementares
são necessários
para formar 1 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
Aoatritar
Inicialmente
final do
a lã objetos
e o vidro
temos
dois
Ao
osprocesso
dois
osestão
elétrons
corpos
neutros
eletrizados.
e, portanto,
O
em
vidro
cada
carregado
objeto
são
transferidos
do vidro
para
a lã.
positivamenteoemesmo
encontramos
a lã negativamente.
número de
prótons e elétrons.
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
A
O sinal
negativo
representa o
excesso de
elétrons no
corpo A.
Corpo A (Eletrizado
Negativamente)
B
Corpo B
(neutro)
Processos de eletrização
Eletrização por contato
Exemplo 1: Corpo eletrizado negativamente
A
B
Os Ao
elétrons
emprocesso
excesso temos
do corpo
A corpos
são transferidos
final do
dois
para
o corpo Bcom
atécargas
que ambos
possuam
a mesma
eletrizados
de sinais
iguais.
carga elétrica (corpos idênticos).
Processos de eletrização
Eletrização por contato
Exemplo 2: Corpo eletrizado positivamente
A
O
O sinal
corpo B
positivo
possui o
representa
mesmo
o
excesso
número de
prótons
prótons no
e
corpo
elétrons.
A.
Corpo A (Eletrizado
positivamente)
B
Corpo B
(neutro)
Processos de eletrização
Eletrização por contato
Exemplo 2: Corpo eletrizado positivamente
A
B
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
Processos de eletrização
Eletrização por contato
Exemplo 2: Corpo eletrizado positivamente
A
B
Cada elétron
neutraliza
um próton.
Quando o contato é estabelecido entre os dois corpos,
Ao final do processo temos dois corpos
os elétrons de B são transferidos para A. Cada elétron
eletrizados com cargas de sinais iguais.
transferido de B neutraliza um próton em excesso de A.
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.
Este é o princípio
utilizado na
eletrização por
indução
Bastão carregado
negativamente
Processos de eletrização
Eletrização por Indução
Quando
Considere
Sendo assim,
umduas
bastão
asesferas
esferas
negativamente
metálicas
possuemque
eletrizado
o mesmo
estejam
é se
tocando,
trazido
númeropara
de
de elétrons
modo
perto das
que
e prótons.
esferas,
efetivamente
os elétrons
formem
livres
um
único
se
movimentam
condutor não-eletrizado.
devido à repulsão elétrica.
4 prótons em
excesso
4 elétrons em
excesso
Processos de eletrização
Eletrização por Indução
Se
as esferas
foremnegativamente
separadas comeletrizado
o bastão é
Quando
um bastão
ainda
elas
igualmente
trazidopresente,
para perto
dasficarão
esferas,
os elétrons livres
carregadas,
masdevido
com cargas
de sinais
opostos.
se movimentam
à repulsão
elétrica.
4 prótons em
excesso
4 elétrons 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.
OAobastão
carregado
positivamente
Ao
final
doa
processo
a
esferasão
tocar
esfera, elétrons
provoca
a separação
de cargas
possui
excesso
de elétrons.
transferidos.
na esfera
Processos de eletrização
Eletrização por Indução – aterramento
Este processo pode ser realizado com um fio
ligado à terra (aterramento).
Os elétrons serão
transferidos da esfera
terra
para a terra
esferaseseo ofiofiofor
for ligado
ligado
do lado
do lado
positivo. Logo,
negativo.
Logo,aaesfera
ficará carregada
esfera
ficará carregada
negativamente.
positivamente.
Os raios
Os raios
Ao passar
proximidades
superfície
• •Uma
nuvemnas
pode
ser eletrizarda
a partir
das
terrestre,
a nuvem
induz cargas
sinal
colisões
entre
as partículas
que ade
constitui.
contrário.
• 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.
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