ELETROSTÁTICA
O modelo atômico simplificado consta
de o núcleo atômico contendo prótons,
nêutrons e uma eletrosfera.
1 - O núcleo possui dimensões desprezíveis quando
comparadas com o tamanho da órbita descrita
pelo(s) elétron(s).
2 - Uma força mantém os elétrons em sua órbita.
Carga Elétrica
• Carga elétrica: representa a quantidade de
eletricidade.
• Q = n.e
• Onde n é a quantidade de elétrons e "e" é a
carga elétrica elementar; a unidade de carga
elétrica no Sistema Internacional de Medidas
é o Coulomb: C.
O valor de e, conforme a tabela que segue, é
Elétrons
me = 9,10 x 10-28 g
-e = -1,6 x 10 _19 C
Prótons
mp = 1836 me
e = 1,6 x 10 _19 C
Nêutrons
mn = 1836 me
:
0
Utilizaremos submúltiplos da carga elementar:
ATRAÇÃO E REPULSÃO DE CARGAS
• - Cargas de mesmo sinal se repelem e cargas
de sinais opostos se atraem:
• Experimentalmente, temos que:
próton atrai elétron
elétron repele elétron
próton repele próton
prótons e elétrons não
atraem nem repelem
nêutrons
Eletrização de um corpo
• Num sistema eletricamente isolado a
soma algébrica de cargas é constante:
Eletrização de um corpo
• Dizemos que um corpo encontra-se eletrizado quando há um
saldo positivo ou negativo de elétrons.
• Existem materiais que são mais propensos do que outros ao
processo de eletrização. Quando são facilmente eletrizáveis,
dizemos que são materiais condutores elétricos; ao contrário,
quando apresentam dificuldades de serem eletrizados,
denominamos isolantes elétricos.
• 1 - Um corpo está eletricamente neutro quando possui
quantidade de elétrons igual à quantidade de prótons;
• 2 - A quantidade de carga adquirida por um corpo será
sempre um múltiplo inteiro da carga elementar "e";
• 3 - Um corpo está carregado positiva ou negativamente em
função da falta ou excesso de elétrons. Dito isto, torna-se
errado afirmar, por exemplo, que um corpo carregado
positivamente tenha ganhado prótons. Na verdade, perdeu
elétrons, gerando um saldo positivo de prótons.
Tipos de eletrização
• 1 . Por atrito: Consiste em atritar dois corpos
diferentes permitindo a passagem de elétrons
de um para outro. Os dois corpos ficam
carregados com cargas de mesmo módulo e
sinais contrários.
Experimentalmente, elaborou-se uma escala
denominada triboelétrica com a finalidade de
definir, num processo de eletrização, qual
corpo fica carregado positivamente e qual fica
carregado negativamente.
Uma substância da lista se
Série Triboelética carrega positivamente
quando atritada com outra
substância da mesma lista e
Vidro
que lhe seja posterior.
Mica
Assim, se atritarmos vidro e
Lã
algodão, o vidro se eletrizará
Pele de
positivamente e o algodão
gato
negativamente. Comprova-se
Seda
que quanto mais afastados
Algodão
estiverem os materiais na lista
Plástico
triboelétrica, mais eficiente
Cobre
será o processo de
eletrização.
2 . Por contato: trata-se de colocar dois
corpos em contato. Os dois corpos ficam
carregados proporcionalmente às suas
dimensões e com sinais iguais,
ocorrendo uma redistribuição de elétrons
pelas superfícies dos corpos em contato.
Vamos imaginar, para a figura acima, a seguinte
situação: duas esferas idênticas (em constituição
e medida), inicialmente separadas, possuem
cargas 10e e 6e.
São aproximadas e, durante o contato, ocorre um
primeiro rearranjo das cargas elétricas que agora
se distribuem como se as duas fossem um único
corpo. Observamos que a carga total passa a ser
16e.
Decorrido um certo tempo, as duas esferas são
separadas de tal modo que cada uma delas passa
a possuir uma nova quantidade de carga. Pelo
fato de serem idênticas cada uma das esferas
herdou metade das cargas em questão, ou seja,
8e.
3 . Por
indução: consiste na separação de cargas num
condutor (induzido) sem que ele entre em contato
com outro corpo (indutor).
Admita duas esferas duas A e B, onde B é
obrigatoriamente constituída de um material
condutor. Suponhamos que a esfera B esteja
eletricamente neutra:
Inicialmente
distante, a esfera
carregada não exerce
qualquer efeito
sobre a esfera neutra
Quando aproximamos as
esferas observamos uma
interação à distância, onde
elétrons se libertam de seus
átomos, atraídos pelas cargas
positivas da esfera A, e se
concentram no lado esquerdo
da esfera B. Do outro lado
desta mesma esfera
observamos uma
concentração de cátions.
Quando afastamos as esferas, tudo volta como
antes, ou seja, tínhamos uma situação
momentânea.
Se quisermos que a esfera B fique carregada
negativamente, basta que nela liguemos um fio terra.
Deste modo os elétrons da Terra subirão...
Negativa
Terra
Lei de Coulomb
• Esta lei diz respeito à intensidade das forças de
atração ou de repulsão que agem em duas cargas
elétricas puntiformes (cargas de dimensões
desprezíveis), quando colocadas em presença
uma da outra.
Considere duas cargas elétricas puntiformes, Q1 e
Q2 , separadas pela distância d. Se os sinais
dessas cargas forem iguais, elas se repelem; se
forem diferentes, se atraem.
Isso se deve à natureza elétrica da interação entre elas. São
forças de ação e reação e, portanto, têm a mesma
intensidade, a mesma direção e sentidos opostos. De acordo
com o principio da ação e reação, essas forças agem em
corpos diferentes e, portanto, não se anulam.
Charles de Coulomb verificou experimentalmente que:
As forças de atração ou de repulsão entre duas cargas
elétricas puntiformes são diretamente proporcionais
ao produto das cargas e inversamente proporcionais
ao quadrado da distância que as separa.
Q1 e Q2 são cargas elétricas, em módulo, e K é a
constante eletrostática que, no SI, para as cargas
situadas no vácuo, é indicada por Ko e vale:
CAMPO ELÉTRICO
• Considere uma carga Q (figuras 1 e 2 abaixo) parada
em uma determinada posição. Pelo que estudamos
na Lei de Coulomb, se uma outra carga q for
colocada em um ponto P1, a uma certa distância de
Q,surgirá uma força elétrica atuando sobre q (veja as
figuras)
Evidentemente, se colocássemos a carga q nos pontos P2,
P3, P4, enfim, em quaisquer outros pontos ao redor de Q,
teríamos em cada um desses pontos uma força elétrica
atuando sobre q, exercida por Q. Quando isto acontece,
dizemos que ao redor de Q existe um Campo Elétrico
criado por esta carga.
A carga q, positiva por convenção, que colocamos ao
redor de Q para determinarmos a existência do
Campo Elétrico, é denominada de Carga de Prova
. A definição de campo elétrico torna-se mais
compreensível fazendo-se uma analogia com o campo
gravitacional terrestre.
Sendo F a força elétrica atuando sobre a carga de
prova q, colocada em um ponto do espaço, o vetor
Campo Elétrico E tem intensidade,análogo ao
Campo Gravitacional g = P/m:
Direção
É a mesma direção da Força Elétrica.
Sentido
se q > 0, o sentido é o mesmo da força;
se q < 0, o sentido é o contrário da força.
Observe cuidadosamente as ilustrações abaixo:
MÓDULO DO VETOR CAMPO ELÉTRICO GERADO
POR UMA CARGA PUNTIFORME
Consideremos uma carga puntiforme Q, sabemos que
ela gera ao seu redor um campo Elétrico E . Colocamos
uma carga de prova q a uma distância d da carga
geradora Q. Observe a ilustração abaixo.
Portanto:
Esta última expressão obtida nos possibilita determinar
o valor da intensidade do campo elétrico gerado por
uma carga puntiforme Q, a uma determinada distância d
de Q.
Podemos perceber que o campo elétrico em um ponto
não depende da carga de prova q e sim da carga que
gera o campo (só depende de Q e não de q).
Analisando a expressão acima, percebemos que quanto
maior for a carga geradora, maior será a intensidade do
campo elétrico. Percebemos também que quanto maior
for a distância da carga geradora, menor será
intensidade do campo elétrico
. Quanto
ao sentido do Campo Elétrico, analisarmos
as situações seguintes:
O Sentido do vetor Campo Elétrico E é de divergente de Q se Q > 0
2º caso (Q < 0)
Convergente de Q se Q < 0
CAMPO ELÉTRICO DE VÁRIAS CARGAS
PUNTIFORMES
O campo elétrico resultante será dado pela soma
vetorial dos vetores campos elétricos produzidos por
cada uma das cargas isoladamente
LINHAS DE FORÇA
Uma maneira gráfica de representar um campo elétrico é por
meio das linhas de força. Linhas de força (ou linhas de campo)
são linhas imaginárias construídas de tal forma que o vetor
campo elétrico seja tangente a elas em cada ponto. As linhas de
força são sempre orientadas no mesmo sentido do campo.
No caso de um campo elétrico gerado por uma
carga puntiforme isolada, as linhas de força
serão semi-retas. Caso a carga geradora seja
puntiforme e positiva, teremos:
Se a carga geradora for negativa:
Aqui você tem o aspecto do campo elétrico
resultante, gerado por duas cargas
puntiformes iguais e positivas.
Observãções:
Nas regiões mais próximas da carga geradora do campo elétrico,
ocorre maior concentração de linhas de força, indicando que ali o
campo elétrico é mais intenso.
Da mesma forma, onde as linhas estão mais espaçadas a
intensidade do campo elétrico é menor. As linhas de campo não
se cruzam
CAMPO ELÉTRICO UNIFORME
Um campo elétrico é chamado uniforme quando o vetor campo
elétrico for o mesmo em todos os pontos, isto é, o E têm a
mesma intensidade, a mesma direção e o mesmo sentido em
qualquer ponto da região que existe o campo elétrico. Este tipo
de campo pode ser obtido através da eletrização de duas
placas condutoras com cargas iguais em modulo, mas de
sinais opostos, como na figura ao lado. Observe na figura
acima que em um Campo Elétrico Uniforme as linhas de força
são paralelas (direção de E não muda) e igualmente
espaçadas (a intensidade de E não muda).
MOVIMENTO DAS CARGAS ELÉTRICAS NA
REGIÃO DE UM CAMPO ELÉTRICO
- A carga negativa se desloca sempre no sentido
contrário ao do campo elétrico.
-
A carga positiva se desloca sempre no sentido do campo elétrico.