2016

CPV – MARÉ/ CEASM Física I – CIÊNCIAS DA NATUREZA E SUAS TECNOLOGIAS

Tio Carlos

A matéria é interpretada como sendo constituída por ÁTOMOS que, agrupados, formam todas as coisas que conhecemos. Os átomos são formados por duas regiões: um NÚCLEO onde estão os prótons, nêutrons e outras partículas menores por meio de forças nucleares e a ELETROSFERA onde movimentam-se os elétrons :

Convencionou-se chamar a carga elétrica dos PRÓTONS de POSITIVA e a dos ELÉTRONS de NEGATIVA. Os nêutrons não possuem carga líquida. Normalmente cada átomo é eletricamente neutro, ou seja, tem quantidades iguais de carga negativa e positiva.

Os prótons do núcleo e os elétrons das órbitas se atraem entre si. A esta força de a tração recíproca chamamos de FORÇA ELÉTRICA. O s elétrons, entretanto, repelem outros elétrons e os prótons repelem outros prótons. Dizemos, por isto , que as partículas com carga de mesmo sinal se repelem:

As partículas com carga de sinais opostos se atraem

Charge contextualizada:

Reflexão

Confissões da leoa – Mia Couto.“-É assim, Mariamar – lembrava Adjiru. - Na guerra, os pobres são mortos. Na paz, os pobres morrem.” pg. 130

- Uns poucos ficam ricos. Há mortos que trabalham de noite para que uns fiquem ricos.”

“Quanto mais a guerra nos roubava certezas, mais carecíamos de segurança de um passado feito de ordem e obediência.”pg. 124

1

Eletrização e Força Elétrica

vai estudar física

pra que estudar física?

2016

CPV – MARÉ/ CEASM Física I – CIÊNCIAS DA NATUREZA E SUAS TECNOLOGIAS

Tio Carlos

Prótons e nêutrons estão fortemente ligados ao núcleo dos átomos. Já os elétrons podem ser facilmente transferidos de um corpo para outro por um processo chamado ELETRIZAÇÃO. Para isso, é necessário fazer com que o número de elétrons se torne diferente do número de prótons.

Se o número de elétrons for maior que o número de prótons, o corpo estará eletrizado negativamente; se o número de elétrons for menor que o de prótons, ele estará eletrizado positivamente.

Quantidade da carga elétrica

A menor carga encontrada livre na Natureza é chamada de CARGA ELEMENTAR. No Sistema Internacional de Unidades (SI) seu valor é dado por:

Note como a carga elementar é pequena:

Quantidade de carga elétrica

A carga elétrica total de um corpo é sempre um número inteiro de vezes o valor da carga elementar:

Conservação da carga elétrica

Em um sistema isolado a quantidade de carga elétrica permanece constante. Mesmo o correndo um fenômeno qualquer, por exemplo uma reação química ou nuclear, a quantidade de carga elétrica é a mesma antes e a pós o fenômeno:

Exercício resolvido

Dispõem-se duas esferas metálicas iguais e isoladas umas das outras. A primeira esfera está eletricamente neutra, e a segunda está eletrizada com a carga Q. Colocando-se ambas juntas, e sucessivamente separando teram ambas uma carga final. Determine essa carga final

RESOLUÇÃO

Como as esferas metálicas são iguais, após cada contato as cargas serão iguais:

R.: Assim senso cada esfera terá uma cara Q/2

Exercícios

1 – Dispõem-se duas esferas metálicas iguais e isoladas umas das outras. Uma dela está neutra e a outra está eletrizada com a carga Q. Coloca-se em contato ambas as esferas. Qual a carga final de ambas as esferas?

2 – Dispõem-se três esferas metálicas iguais e isoladas umas das outras. Duas delas (A, B) estão neutras e a terceira (c) está eletrizada com a carga Q. Coloca-se C em contato sucessivamente em A e B. Qual a carga final de C?

Exercício resolvido

2

Treta

2016

CPV – MARÉ/ CEASM Física I – CIÊNCIAS DA NATUREZA E SUAS TECNOLOGIAS

Tio Carlos

Um corpo inicialmente neutro é eletrizado com carga Q = 16C. Qual o numero de elétrons retirado do corpo?

RESOLUÇÃO

Como Q = 16C e = 1,6.10 -19 substituindo esses valores na formula temos:

Q = n.e

16 = n x 1,6.10 -19

n = 16/ 1,6.10 -19

n = 1020

Exercício

3 – Um corpo inicialmente neutro é eletrizado com carga Q = 32 C. Qual o numero de elétrons retirado do corpo?

4 - Um corpo inicialmente neutro é eletrizado com carga Q = 12 C. Qual o numero de elétrons retirado do corpo?

Materiais condutores

Em alguns tipos de átomos, especialmente os que compõem os metais tais como ferro, ouro, cobre e prata, a última órbita eletrônica perde um elétron com grande facilidade. Estes elétrons livres se desgarram das últimas órbitas eletrônicas e ficam vagando de átomo par a átomo, sem direção definida. Os átomos que perdem elétrons também os readquirem com facilidade dos átomos vizinhos, para voltar a perdê-los momentos depois. No interior dos metais os elétrons livres vagueiam por entre a rede de átomos, em todos sentidos. Devido à facilidade de fornecer elétrons livres, os METAIS são usados para fabricar os fios de aparelhos elétricos: eles são BONS CONDUTORES do fluxo de elétrons livres.

ligação à terra

Ao estabelecermos um caminho de condutores entre um objeto carrega do e a superfície da Terra, estamos fazendo a sua ligação à terra Esta ligação causa a neutralização do objeto. O fio verde de um chuveiro e o terceiro pino da

tomada de um computador são exemplos de ligação à terra. Um fato importante a ser lembrado é que a pele humana também é condutora de eletricidade. Quanto mais úmida a pele, mais condutora ela é. É muito perigoso mudar a chave de um chuveiro ligado.

ELETRIZAÇÃO POR ATRITO

Ao atritar-se dois corpos isolantes inicialmente neutros, provoca-se um contato intenso entre partes dos corpos. Tal contato permite a troca de elétrons, eletrizando-se positivamente o corpo que cede elétrons e negativamente o que recebe elétrons. Cederá elétrons o átomo cujos elétrons da última camada estão menos fortemente ligados ao seu núcleo em relação aos átomos que compõe o outro material. A eletrização por atrito ocorre, por exemplo, quando esfregamos uma folha de papel em uma régua de plástico:

Inicialmente tanto o papel como o plástico estão neutros, ou seja, possuem a mesma quantidade de carga positiva e negativa. Com o atrito o corre transferência de elétrons de um corpo para outro. O papel perde elétrons e fica eletrizado com carga positiva. O plástico ganha elétrons e fica eletrizado com carga negativa:

Na Eletrização por Atrito, os corpos ficam carregados com:

• CARGAS DE MESMO VALOR (MÓDULO) e

• CARGAS DE SINAIS CONTRÁRIOS. Este fato é uma consequência do Princípio da Conservação da Carga Elétrica .

ELETRIZAÇÃO POR INDUÇÃO

3

2016

CPV – MARÉ/ CEASM Física I – CIÊNCIAS DA NATUREZA E SUAS TECNOLOGIAS

Tio Carlos

No processo de INDUÇÃO, a eletrização de um condutor neutro o corre por simples aproximação de um corpo eletrizado, SEM QUE HAJA CONTATO ENTRE ELES. As cargas do objeto neutro (induzido) são separadas (polarizadas) pela aproximação do corpo eletrizado (indutor), ficando as cargas de mesmo sinal do indutor o mais distante possível dele.

Para manter o objeto induzido eletriza do, mesmo após o afastamento do indutor, devemos ligar o lado mais distante à Terra. Ao se ligar um condutor eletrizado à Terra, ele se descarrega do lado da ligação.

Ao se desfazer a ligação com a Terra o corpo induzido fica eletrizado com CARGA CONTRÁRIA à do indutor:

ELETRIZAÇÃO POR CONTATO

A eletrização por CONTATO consiste em encostar um objeto já eletrizado 1 em um outro, eletricamente neutro 2.

Durante o contato as cargas irão se redistribuir entre os dois objetos, eletrizando o corpo neutro com cargas de MESMO SINAL do eletrizado.

Se os corpos forem iguais, após a separação eles ficarão eletrizados com a MESMA CARGA ( mesmo valor e mesmo sinal).

Exercícios

5 – Considere um eletroscópio de folhas descarregado. São realizados as seguintes operações:

a)Aproxima-se de sua esfera um corpo negativamente eletrizados

b) Liga-se o eletroscópio a Terra

Indique o que acontece em cada operação e determine o sinal da carga do eletroscópio após essas operações

6 - Considere um eletroscópio de folhas descarregado. São realizados as seguintes operações:

a)Aproxima-se de sua esfera um corpo positivamente eletrizados

b) Liga-se o eletroscópio a Terra

Indique o que acontece em cada operação e determine o sinal da carga do eletroscópio após essas operações

Lei de Colomb

Fe = Força elétrica (N)

Ko = 9.109 N.m²/C²

4

Treta

2016

CPV – MARÉ/ CEASM Física I – CIÊNCIAS DA NATUREZA E SUAS TECNOLOGIAS

Tio Carlos

Q1 = Carga 1 (C)

Q2 = Carga 2 (C)

d = Distancia entre as cargas (m)

Exercício Resolvido

Determine a intensidade da força de repulsão entre duas cargas elétricas iguais a 1 C, situadas no Vácuo e a 1m de distancia. É dado a constante eletrostática Ko = 9.109 N.m²/C²

RESOLUÇÃO

Exercícios

7 – Determine a intensidade da força de repulsão entre duas cargas elétricas iguais a 4C situadas no vácuo e a 1m de distancia. É dada a constante eletrostática k = 9.109 N.m2/C2

8 - Determine a intensidade da força de repulsão entre duas cargas elétricas iguais a 3C situadas no vácuo e a 2m de distancia. É dada a constante eletrostática k = 9.109 N.m2/C2

EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES

9 – (UFSCar-SP) Considere dois corpos sólidos envolvidos em processos de eletrização. Um dos fatores que podem ser observados na eletrização por contato tanto por indução é o fato de que ambas:

a)Torna-se necessário manter um contato direto entre os corpos

b) deve-se ter um dos corpos ligados temporariamente a um aterramento

c) ao fim do processo de eletrização, os corpos adquirem cargas elétricas mas de sinais opostos

d)um dos corpos tem que estar inicialmente carregado eletricamente

e) para ocorrer os corpos devem ser bons condutores elétricos

10 – (Fuvest – SP) Têm três esferas condutoras idênticas A, B e C. As esferas A (carga positiva) e B (carga negativa) estão eletrizados com cargas de mesmo módulo Q, e a esfera C está inicialmente neutra. São realizadas as seguintes operações:

1º - Toca-se C em B, com A mantida à distancia , e em seguida separa-se C de B

2º - Toca-se C em A, com B mantida à distancia, e em seguida separa-se C de A;

3º - Toca-se A em B, com C mantida à distancia, e em seguida separa-se A de B.

Podemos afirmar que a carga final da esfera A vale:

11 – (UFF) Um aluno tem 4 esferas idênticas, pequenas e condutoras (A, B, C e D), carregadas com cargas respectivamente iguais a -2Q, 4Q, 3q e 6Q. A esfera A é colocado em contato com a esfera B a seguir com a esfera C e D. Ao final do processo a esfera A estará carregada com a carga equivalente a:

12 – Andando pela Vila do João. Gerson, o primeiro ruivo pobre da história avista um periquito do estado, um não, vários como é de costume nessa terra “pacificada”. Ciente que esse periquito não teve aula com o sinistro tio carlos, Gersinho resolve fazer um experimento, e começa a atritar uma caneta bic na parede, ao soltar a caneta fica fixa na parede. Um periquito vai aborda-lo, como Gersinho não é negro, sua abordagem é minimamente educada dizendo:

PERIQUITO: Abra a mochila!

GERSON: ok

PERIQUITO: Tudo ok, mas porque vc fez aquilo com a caneta?

GERSON: Pra provar a teoria do Tio Carlos

PERIQUITO: Quem é esse cara e pq a caneta está presa na parede?

Gerson o olha e:

a)Fica indignado por ter que abrir pela milésima vez a mochila e justifica dizendo que a caneta fica assim pois ela tem uma cola

5

2016

CPV – MARÉ/ CEASM Física I – CIÊNCIAS DA NATUREZA E SUAS TECNOLOGIAS

Tio Carlos

b) fica indignado em saber que com os demais moradores há uma abordagem truculenta, e justifica dizendo que pelo atrito entre a caneta e a parede rola uma força eletrostática deixando ela fixa na parede, e complementa falando q pra vc conhecer o tio Carlos vc vai ter q parar de ser periquito

c) Percebe que um tanque de guerra dentro da favela, representa um recado do Estado para a favela, onde diz que a militarização das relações sociais é o seu objetivo e justifica falando que deus quis que a caneta ficasse presa na parede.

13 - (UERJ – 2015) Para fabricar um dispositivo condutor de eletricidade, uma empresa dispõe dos materiais apresentados na tabela abaixo:

Sabe-se que a condutividade elétrica de um sólido depende do tipo de ligação interatômica existente em sua estrutura. Nos átomos que realizam ligação metálica, os elétrons livres são os responsáveis por essa propriedade.

Assim, o material mais eficiente para a fabricação do dispositivo é representado pelo seguinte número:

(A) I

(B) II

(C) III

(D) IV

Gabarito (exercícios complementares)

9-Nos processos citados de eletrização, um dos corpos tem, necessariamente, de estar eletrizado. Resposta: d / 10 - 1º) Ao tocar C em B, ambas ficarão com mesma carga elétrica (pois as esferas são idênticas), sedo que a carga total deve ser igual à soma das cargas elétricas das duas antes do contato (por que a carga elétrica se conserva), que era -Q. Logo ambas terão carga elétrica - Q/2. 2º) Tocando C em A, novamente, a soma das cargas elétricas de cada uma antes do contato será igualmente dividida entre as duas. A carga total é de (-Q/2) + Q = Q/2. Essa carga é dividida igualmente entre as duas esferas, de modo que ambas ficarão com carga elétrica Q/4. 3º) Da mesma forma, inicialmente a carga elétrica de B é -Q/2 e a de A é Q/4. A carga elétrica total é -Q/4, que é dividida igualmente entre as duas e logo ambas

ficam com -Q/8. Resposta: Q/8 / 11 -  Quando duas esferas entram em contato, a carga final de cada uma delas será a média aritmética de suas cargas iniciais. Soma-se algebricamente suas cargas e divide-se por dois. Pelo texto, a esfera A toca em uma e as outras duas ficam isoladas. A em contato com B: (-2Q +4Q) / 2 = 2Q/ 2 = Q Fica então nesse momento: A = Q  B = Q  C= 3Q  D= 6Q A em contato com C (Q + 3Q) / 2 = 4Q/2 = 2Q A = 2Q  B = Q  C= 2Q  D= 6Q A em contato com D (2Q + 6Q)/2 = 8Q/2 = 4Q Cargas finais: A = 4Q   B = Q  C= 2Q  D= 4Q A soma das cargas iniciais e a soma das cargas finais deverão se manter inalteradas.  Verifique que: -2Q +4Q +3Q + 6Q = 4Q +Q +2Q +4Q = 11Q. Resposta: 4Q / 12 - B / 13 - O sólido condutor de eletricidade é aquele que apresenta ligação metálica entre seus átomos, e a ligação metálica, como o próprio nome indica, ocorre entre átomos de metais. Os metais são um grupo de elementos químicos identificados na tabela de classificação periódica. Logo, o material IV deve ser o escolhido para a fabricação do dispositivo

6