Física Geral III
Capítulo 1 – Carga elétrica
(Cap. 23 – halliday, Cap. 21 Sears, Cap 29 Tipler – vol 2)
(1ª Aula/2 Aula)
Sumário:
1.1 – Introdução
1.2 – A carga Elétrica
1.3 - A carga Elétrica e a Estrutura da Matéria
1.4 – Condutores e Isolantes
1.5 – A lei de Coulomb
1.6 – As constantes da Física
1.1 – Introdução
Porque estudar Eletricidade e Magnetismo ?
Você já imaginou sua vida sem Eletricidade e
Magnetismo
•Neste capítulo damos início ao estudo do
eletromagnetismo, ou seja o estudo das
interações elétricas e magnéticas.
•Vamos observar que estas interações
envolvem partículas que possuem uma grandeza
chamada carga elétrica, que é uma propriedade
da matéria tão fundamental quanto a massa
1.2 – A carga Elétrica
Nossa percepção da
existência da carga
elétrica começa como uma
observação bastante
simples: Alguns corpos
atritados podem atrair
pequenos objetos !
De onde vem esta idéia??
De fato, primeiras observações
remontam a Grécia antiga
Tales de Mileto (640-546 A.C.) – âmbar
quando atritado atraia pequenos
objetos.
Elétrico, do grego elektron ou âmbar!
Por sua vez, a palavra magnética vem de Magnésia – região
onde se encontrava magnetita.
Sec XVI – Willian Guilbert
•Mostrou que outros materiais além do âmbar,
quando atritados também tinham propriedades
atrativas
•Reconheceu com clareza a diferença entre
atração elétrica e atração magnética
•Descobriu o comportamento da agulha
magnética.
1729 Stephen Gray
•Descobriu que era possível transferir para outros corpos
a eletricidade produzida no vidro, por atrito, através de
um grupo de materiais.
•Foi o descobridor da eletrização por indução, preferencialmente
observada em corpos metálicos.
•Explicou também as
prioridades de condutores
e isolantes.
1733 – Charles François du Fay
Descobriu duas espécies de eletricidade:vítrea e
resinosa. Admitiu a existência de dois fluidos (virtude
elétrica) que se separavam pelo atrito e, eram,
neutralizados quando se combinavam
•Objetos com carga
de mesmo sinal se
repelem
•Objetos com carga
de sinal opostos
(diferentes) se
atraem
1747 – Benjamin Franklin
•Propôs um modelo de um só fluido para os fenômenos
elétricos:
•Todo corpo tem uma quantidade normal de
eletricidade. Quando um corpo é atritado contra
outro, parte desta eletricidade é transferida de
um para o outro; um fica com excesso e o outro
com igual deficiência.
•Excessos e deficiências podem ser caracterizado
pelos sinais positivo e negativo
•Importante aspecto: lei da conservação de carga
– a carga elétrica não criada pelo atrito, é
somente transferida
•Um bastão de vidro atritado adquire um excesso
de eletricidade e é positivo, enquanto o de ambar
torna-se negativo
1747 – Joseph Priestley
Franklim observou que bolinhas de cortiça no
interior de um cálice metálico não eram afetas
pela eletricidade do cálice. Pediu a Priestley para
estudar o fato...
•Concluiu que a força entre duas cargas variava
com o inverso do quadro da distância entre elas,
assim como a força gravitacional entre massas
•Demonstrou não haver eletricidade no interior
de um vaso metálico oco (exceto nas vizinhança
de uma abertura)
,
1784 – Charles Augustin Coulomb
A lei do inverso do quadrado da distância para as
interações elétricas foi confirmada, usando-se uma
balança d torção
Século XIX : grande avanço nos
conhecimentos da eletricidade e magnetismo
Experimentos de Michael Faraday
James Clerk Maxwell – teoria do
eletromagnetismo
1837 – J.J.Thomson
Mostrou que todas as substâncias contém partículas que
têm a mesma razão entra a carga elétrica e a massa
Elétrons
1909 – Robert Millikan
(nobel de Física de 1923)
Descobriu que a carga elétrica sempre aparecia
como múltiplo inteiro de uma unidade
fundamental
A carga é quantizada:
Deste rápido apanhado histórico podemos
tirar três importantes propriedades da
carga elétrica:
A carga se conserva
A carga é quantizada
e e  


A força entre cargas elétricas puntiformes
varia com o inverso do quadrado da
distância entre as cargas
1.3 - A carga Elétrica e a Estrutura da
Matéria
Leucipo e Democritus: a matéria
só pode ser dividida até sua menor
parte: O Átomo
Modelos Atômicos
O modelo de Thomson; Pudim de Passas
e
O modelo de Rutherford
1A
As cargas positivas concentradas em um ponto massivo central, chamado
núcleo, e os elétrons (negativos) situados em pontos remotos afastados
cerca de 1 A do núcleo.
O modelo de Bohr - 1913
O elétron de carga –e e massa m descreve órbita circular ao redor
do núcleo de carga Ze, obedecendo as leis de Newton
Quantização do momento angular
Elétrons ganham ou perdem
energia quando transitam entre
órbitas permitidas
1.4 – Condutores e Isolantes
Condutores: materiais que apresentam
cargas negativas movendo-se livremente
Isolantes:materiais nos quais
nenhuma carga pode mover-se
livremente
“ Quando os átomos de um condutor, como o cobre, se reunem para formar o
sólido, alguns de seus elétrons mais externos (assim mais fracamente ligados)
não permanecem exatamente ligados aos seus respectivos átomos, mas sim
podem se deslocar livremente através do volume do sólido”(H&R). Estes elétrons
são chamados elétrons de condução
E(eV)
E(eV)
E(eV)
BC
BC
BC
GAP
BV
BV
Condutor
Semicondutor
Energia
GAP
BV
Isolante
Elétrons (carga negativa) é que se movem !!
Um objeto torna-se carregado positivamente através da
remoção de cargas negativas !!
1.5 – A lei de Coulomb
A lei de Coulomb expressa a força
eletrostática de atração ou repulsão, entre
duas cargas puntiformes, q1 e q2 separadas
por uma distância r, que em módulo é dada
por:
Semelhança com lei de gravitação de Newton
Diferença: Força Gravitacional somente
atrativa ; Força elétrica atrativa ou
repulsiva , dependendo do sinal da carga
Unidade de carga no SI: Coulomb – Um Coulomb é a quantidade de carga
que atravessa em um segundo a seção reta de um fio percorrido por uma
corrente de um Ampère
Princípio da superposição:
Onde por exemplo
partícula 4
é a força sobre a partícula 1 devido a presença da
1.6 – As constantes da Física
Constante de
estrutura fina:
e2
1


2 0 hc 137
Exemplos: