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Princípios de Eletricidade e Magnetismo
Engenharias
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FACULDADE PITÁGORAS UBERLÂNDIA
ENGENHARIAS - ELETRICIDADE
Ementa
Eletrostática• Carga Elétrica
• Condutores e Isolantes
• Processos de Eletrização
• Lei de Coulomb
• Campo Elétrico
• Potencial Elétrico
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Eletromagnetismo• Imã/Bússola
• Lei de Faraday
• Lei de Lenz
• Força magnética
• Campo magnético
• Transformador
Circuitos II• Associação de
Resistores;
• Leis das Malhas;
• Leis dos Nós
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Circuitos I• Tensão
• Corrente elétrica
• Resistência
• Efeito Joule
• Lei de Ohm
• Equipamentos de bancada
• Circuitos elétricos
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Bibliografia
PAUL, Tipler A.; MOSCA, Gene. FÍSICA PARA CIENTISTAS E ENGENHEIROS: Eletricidade e Magnetismo, Ótica. 5. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2006. 2 v.
WALKER, Jearl; HALLIDAY, David; RESNICK, Robert. Fundamentos de física: volume 3: eletromagnetismo. LTC, 2009.
TIPLER, Paul A. Física: volume 2. LTC, 2000.
GUSSOW, Milton. Eletricidade Básica. 2ª Edição. 2001.
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CALENDÁRIO DE ATIVIDADES
Atividade Pontuação Data
Atividades Av. Casa 01/02 2 pontos 31/08; 21/09
Relatório Primeiro Laboratório 1 ponto 21/09/16
Primeira Avaliação 7 pontos 28/09/16
Atividades Av. Casa 03/04 2 pontos 19/10;23/11
Relatório Segundo Laboratório 1 ponto 19/10/16
Relatório Terceiro Laboratório 1 ponto 23/11/16
Segunda Avaliação 6 pontos 30/11/16
Avaliação Segunda Chamada 12/12 a 14/12
Exame Especial 19/12 a 22/12
Calendário de Atividades
EletricidadeEletrostática: Aula 1
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Átomos
Toda matéria é constituída por átomos.
Estrutura atômica• Prótons (carga positiva)• Nêutrons • Elétrons (carga negativa)
Átomo no estado natural:• Número de prótons é igual ao
número de elétrons.
• Equilíbrio elétrico
Átomos
Número atômico (Z)• É o número de prótons de um
átomo.
Número de massa (A)• Número de prótons e nêutrons
existentes no núcleo de um átomo
Massa atômica• Massa cuja unidade representa
1/12 da massa de um átomo de Carbono-12.
Representação:
Exemplos:
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Átomos
Núcleo atômico• Os nêutrons e os prótons
compõem o núcleo atômico e os elétrons se localizam na eletrosfera.
• Os prótons e os nêutrons possuem massa 2000 vezes maior que os elétrons.
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Átomos
Eletrosfera• A eletrosfera é formada por
camadas ou orbitas
• A última camada da eletrosfera é denominada camada de valência
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Distribuição dos elétrons na eletrosfera
Cada camada ou órbita de um átomo pode conter no máximo um determinado número de elétrons
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Distribuição dos elétrons na eletrosfera
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EletrosferaDeslocamento de elétrons
Quando aplicada energia externa, os elétrons presentes nas últimas camadas a absorvem e assumem um estado de excitação.
Quando excitados, os elétrons se deslocam para camadas mais externas.
Quando não existem camadas mais externas para se deslocarem, os elétrons se desprendem da eletrosfera. • Dão origem aos “elétrons livres”.
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EletrosferaDeslocamento de elétrons
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Materiais condutores e isolantes
CONDUTORES
Materiais que apresentam maior facilidade em perder elétrons
Apresentam uma maior concentração de elétrons livres
Exemplos:• Cobre, ouro, prata, alumínio
ISOLANTES
Materiais que apresentam menor facilidade em perder elétrons
Apresentam uma menor concentração de elétrons livres
Exemplos:• Borracha, vidro, cerâmica
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Ionização dos corpos
Como certos átomos são capazes de ceder elétrons e outros são capazes de receber, é possível produzir uma transferência de elétrons de um corpo à outro.
Quando isso ocorre, um corpo apresentará excesso de prótons e o outro apresentará excesso de elétrons.
Esse processo é denominado:
Ionização dos corpos
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Conservação da carga
Após o processo de ionização, a soma da carga elétrica dos dois corpos permanece constante
Lei da Conservação da Carga Elétrica
É o principio em física que estipula que a carga elétrica não pode ser criada ou destruída.
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Quantização da carga
A carga elétrica em um corpo é dada pelo número de prótons ou número de elétrons em excesso
A quantidade de carga elétrica de um corpo é dada por:
𝑄 = ± 𝑛 ∙ 𝑒
onde:
𝑄 é a quantidade de carga elétrica de um corpo
𝑛 é o número de prótons ou elétrons em excesso
𝑒 é a Carga Elementar
Unidade SI é em Coulombs (C)
Carga Elementar
• Carga, em Coulombs, de um elétron ou um próton:
𝑒− = −1,6 ∙ 10−19𝐶
ou
𝑒+ = +1,6 ∙ 10−19𝐶
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Exemplos
Sabendo que um átomo no seu estado natural apresenta:
𝑛º𝑝𝑟ó𝑡𝑜𝑛𝑠 = 𝑛º𝑒𝑙é𝑡𝑟𝑜𝑛𝑠
• Qual é a carga elétrica desse átomo?
Um certo corpo apresenta uma carga de +50𝑛𝐶.• Quantos elétrons foram transferidos
(perdidos) para produzir esta carga, isto é, quantos prótons existem a mais que elétrons nesse corpo?
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“Cargas iguais se repelem e cargas opostas se atraem”.
Lei das cargas elétricas
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Lei das cargas elétricas
O que está acontecendo na situação ao lado?
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Eletrização
Processo capaz de provocar a ionização dos corpos• Surgimento de cargas devida a diferença entre o número de prótons e
elétrons em um corpo.
Tipos de eletrização:• Eletrização por atrito• Eletrização por contato• Eletrização por indução
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EletrizaçãoEletrização por atrito
Dois corpos de matérias diferentes.
Um dos corpos perde elétrons e o outro os recebe.
Surgimento de cargas opostas.
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EletrizaçãoEletrização por atrito
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EletrizaçãoEletrização por contato
Troca de cargas devido o contato.
Procuram se equilibrar.
Surgimento de cargas com sinais iguais.
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EletrizaçãoEletrização por contato
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EletrizaçãoEletrização por indução
Aproximação de um corpo carregado (indutor) de um corpo neutro (induzido).
A formação de cargas depende do aterramento do corpo induzido.
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EletrizaçãoEletrização por indução
Eletrização por Contato, Atrito e InduçãoEletrização por Indução
• Ao se aproximar um objeto carregado negativa ou positivamente de uma superfície condutora, pode-se observar que as cargas de natureza oposta ao da barra serão atraídas e as iguais repelidas, conforme a animação abaixo:
• Exemplo: Eletrização de dois corpos carregados, gerando corpos com cargas distintas
1o)
Dois corpos carregados(neutros) equidistantes entre
sim. Eles estão isolados do apoio pois, a base é
de acrílico.
2o)
Agora os corpos foram colocados emcontato um com o
outro, formando um único corpo carregado.
4o)
5o)
Por fim, o bastão é removido, cessando a força de indução sobre
as cargas, que novamente se distribuem na superfícies, gerando
dois corpos com naturezas de cargas distintas
3o)
Os corpos foramafastados um dos outros, de maneira que volta-‐se a
ter dois corpos comcargas distintos, ainda sobre efeito da barra.
Uma barra negativamente carregada(com valor de carga
superior ao dos corpos) é aproximada. Com isto, há a
repulsão das cargas de mesma
natureza e a atração com a natureza oposta
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Exercício
Considere quatro corpos inicialmente neutros: A, B, C e D. O corpo A trata-se de um pedaço de seda, o corpo B é um bastão de vidro e os corpos C e D são compostos por um material desconhecido. Os corpos acima foram eletrizados da seguinte forma:
1. Os corpos A e B foram atritados;2. O corpo B foi colocado em contato com o corpo C3. O corpo C foi colocado próximo ao corpo D, que por sua vez foi aterrado.
Qual a carga de cada um dos corpos no final do processo de eletrização?