Evidências do elétron

Nessas aulas vamos investigar:1)Carga elétrica

2)Energia elétrica3)Potencial elétrico

4)Hipótese de Arrhenius5)Hipótese de Faraday

6)Experimento de Thomson7)Experimento de Millikan

8)Modelo de Thomson

Carga Elétrica

Ao friccionar um bastão a uma estopa vemos que ele atrai pedecinho de papel.

Carga elétrica

Se dois bastões forem friccionadas por um tecido de seda, vemos que eles repelem entre si

porém atraem o tecido.

Cargas elétricas

Atribuimos ao material uma carga elétrica e essa carga pode ser positiva ou negativa, a

convenção foi adoptada por Benjamin Franklin.

Cargas elétricas

A carga elétrica pode ser medida por um eletroscópio e a unidade no SI é o coulomb (C)

Força e energia potencial elétrica

Coulomb determinou uma expressão para a força elétrica no seu experimento de torção.

F12=kq1 q2

r2

k=8,988×109 N .m2/C2

Força e energia potencial elétrica

Podemos contabilizar o trabalho necessário para trazer uma carga q do infinito até uma distância

R de uma carga Q, esse trabalho será:

W=F12 R=kqQ

R2R=

kqQR

Energia potencial elétrica

Dizemos que existe uma energia potencial elétrica na qual está amarzenada na carga em presença de outra. Se soltarmos a carga ela vaii realizar trabalho e transformas a energia

potencial em cinética.

U ( R )=kqQ

R

Campo elétrico

Como um objeto carregado exerce uma força em outro objeto carregado, podemos dizer que

esse objeto carregado produz em sua volta um campo de forças chamado de campo elétrico. Se dois ou mais objetos estiverem carregados, o campo elétrico gerado será a soma de cada.

E⃗

F⃗ =q

Potencial elétrico

Dois objetos carregados geram um potencial elétrico para um terceiro objeto. Assim temos uma diferença de potencial entre os objetos.

Potencial elétricoO valor desse potencial é proporcional a

diferença de cargas e a constante de proporcionalidade é a capacitância.

O potencial tem como unidade no SI o volt V e, muitas vezes, é chamado de tensão.

No exemplo usaremos duas placas paralelas.

Q=CV

Potencial de placas paralelas

Verificamos que na região central de um capacitor de placas paralelas o campo elétrico

é constante e aponta para direção perpendicular. Seu valor depende da tensão aplicada às placas e a distância entre elas.

V=Ed

Tipos de materiais

Quanto a mobilidade de cargas, observamos dois tipos de materiais,:

IsolantesCondutores

Isolantes

Os materiais isolantes não conduz cargas elétricas e, portanto, não conduz eletricidade.

Condutores

Condutores são materiais que conduzem eletricidade.

Corrente elétrica

Caso dois objetos que possuam cargas e forem separados por um material condutor, as cargas

se moverão até que os objetos tenham a mesma carga. Nesse movimento haverá uma

corrente elétrica entre os objetos.

I=Qt

Corrente elétrica

A unidade de corrente no SI é ampere A. A corrente elétrica será proporcional ao potencial.

V=RI

Materiais supercondutores

Há determinados mateirais que ao se submetido à temperaturas baixas tem sua resistência indo

a zero tornando supercondutores.

Fontes de eletricidade

Das diversas fontes de eletricidade, podemos citar:Atrito

QuímicaTérmica

Mecânicaem todas a ideia é de transformação de energia.

Fonte mecânica

Um fenômeno muito interessante é a indução magnética, tendo um ímã podemos produzir corrente elétrica acelerando esse ímã. Dessa

forma podemos carregar um objeto.

Efeito contrário

É possível fazer o contrário, ao variar uma corrente elétrica numa espira produzimos campo magnético. Tendo, portanto, um

eletroímã ou um motor elétrico.

Força magnética

Esses efeitos é fruto da ação do campo magnético e de como ele gera força num objeto

carregado.

F mag =qvBsin (O )

Fontes químicas

Alessandro Volta observou a existência de corrente elétrica quando, em uma célula, duas

placas de metais diferentes são colocados numa solução de ácido sulfúrico.

Dissociação eletrolítica

Com uma pilha observamos que, ao diluir sal em água, vemos que há corrente elétrica

passando, porém quando colocamos açúcar não observamos.

Hipótese de Arrhenius

Para explicar esse fato, Arrhenius propôs que o açúcar ou o sal se dividem em moléculas

menores quando estão em solução de água. Na dissociação do sal as moléculas são chamados de íons: carregadas positivamente, cátions, e

negativamente, ânions.

Eletrólise

Para entendermos melhor o que acontece, vemos no processo de eletrólise a hipótese de Arrhenius.

Mas o que vem a ser e- ?

Leis de Faraday

Ao observar a eletrólise Faraday formulou as seguintes leis:

1)A massa de uma substância produzida por um catodo ou anodo de uma eletrólise é proporcional

a carga passada na célula.2)As massas de diferentes substâncias

produzidas pela mesma carga são proporcionais a massa equivalente das substâncias.

Número de Faraday

Dessas leis supomos que para a produção de 1mol de substância foi usado 1mol de carga

elétrica, e a quantidade de carga contida nesse mol é o número de Faraday multiplicado pela

valência do íon.

F=96 .490C/mol

Q=znF

Hipótese do elétron

Como 1mol de cargas foram usados para a eletrólise de 1mol de substância, leva-nos crer

que esse mol de cargas seja o número de Avogadro de uma partícula com uma

determinada carga. A eletricidade existe em unidades discretas e essa partícula começou a

ser chamada de elétron por Stoney.

Exercício

Calcule a relação carga/massa do íon Ag+. Explique como o valor poderia ser determinado

por meio de um experimento de eletrólise.

Mais exercícios

a) Na eletrólise do NaCl, quantos litros de Cl2 são

gerados por uma corrente de 15,5A por um período de 75min.

b) Qual a quantidade de matéria de NaOH formada na solução durante esse período?

Mais um

a) Quantos segundos se leva para produzir 5 litros de H

2 medidos a 725torr e 23°C pela

eletrólise da água usando uma corrente de 1,5A?

b) Quantos gramas de O2 são produzidos ao

mesmo tempo?

Raios catódicos

Em um tubo de vidro com uma pressão interna muito baixa é colocado uma placa paralela e essa submetida a uma tensão de 10.000V.

Observamos um raio que percorre por dentro do tubo em linha reta até atingir um material

fluorescente.

Experimento de Perrin

Perrin coletou parte dos raios que saíam do anôdo e observou que a carga do coletor era negativa. Por isso ele concluiu que o feixe era

de partículas carregadas negativamente.

Experimento de ThomsonThomson acoplou ao tubo de raios catódicos um

ímã para produzir uma força magnética e um capacitor para produzir uma força contrária a

força magnética. Ajustando o potencial no capacitor ele pode controlar o desvio do feixe até a situação sem desvio obtendo com isso a

velocidade das partículas do feixe.

v=6×107m /s

v=EB

Experimento de Thomson

Observando os desvios que os raios faziam quando a tensão no capacitor mudava, ele

obteve uma razão entre a massa e a carga do elétron. Hoje sabemos que essa razão é de:

em

=1,75×1011C / g

http://www.youtube.com/watch?v=4aKMsMs-5tc

em

=2yv2

Ed 12

Exercício

Elétrons são acelerados em um tubo de raios catódicos onde é aplicado uma diferença de

potencial de 10.000 V entre o catodo e o anodo.a) Com que velocidade um

elétron estaria ao atingir o anodo? b) Faça um esboço do que ocorreria indicando o

catodo e o anodo, a direção do campo e a direção da força aplicada sobre os elétrons.

Experimento de Millikan

Podemos estimar através do experimento de Thomson e com a constante de Faraday a

massa e a carga do elétron. Porém foi somente com o experimento de Millikan que pudemos ter

a carga e a massa do elétron diretamente.

Experimento de Millikan

No experimeto, uma gota de óleo cai em uma câmara. Com a ultilização de um campo elétrico

podemos cessar a queda da gota.

Experimento de Millikan

No equilíbrio temos na direção vertical,

F e−P=0

qE−mg=0

q=mgd

VE=

Vd

http://www.cheneliere.info/cfiles/complementaire/Chimie_generale_9782765104889/video/chap2/Experience_Millikan_ANG.swf

Experimento de MillikanEm vários experimentos com diferentes gotas, ele

determinou valores como:

q=ne

Experimento de Millikan

Dessa forma ele concluiu que cada gota tinha um número inteiro de elétrons a menos. E como os valores da carga da gota eram múltiplos de um valor, ele pode afirmar que esse valor é a carga

do elétron.

e=−1,60217646×10−19C

Exercício

Numa reconstrução do experimento de Millikan, as gotas formadas atravessam um capacitor

cuja distância entre as placas é de 1cm e que está submetido a uma tensão V. Suponha que a densidade do óleo seja de 0,8g/cm³ , que o

diâmetro de uma gota seja de 1 μm e que esta gota esteja carregada com dois elétrons

excedentes.a) Esboce o aparato indicando a direção do

campo elétrico e das forças que agem na gota.b) Qual deve ser a tensão para que a gota

carregada permaneça suspensa em repouso?

Massa do elétron

Conhecida a carga o elétron pudemos ultilizar o experimento de Thomson para determinar a

massa do elétron.

me=0,91083×10−30 kg

me=1

1837mH

Modelo Atômico de Thomson

Visto que os elétrons são partículas e que o átomos podem gerar elétrons. Thomson propôs

um modelo estável para o átomo na qual os elétrons estavam dentro de uma geléia

carregada positivamente, ficando conhecido como modelo do pudim de passas.

O que vem por aí

Porém o modelo de Thomson tinha problemas pois como arranjar uma geléia positiva e os

elétrons numa região do espaço?

A descoberta do raio X, a radiação de certos materiais e o experimento de Rutherford

mudaram essa história trazendo mais problemas que solução.