Carga Elétrica e Lei de Coulomb

Carga Elétrica

• A matéria é formada de pequenas partículas, os átomos. Cada átomo, por sua vez, é constituído de partículas ainda menores, no núcleo: os prótons (positivos) e os nêutrons (sem carga); na eletrosfera: os elétrons (negativos). Às partículas eletrizadas, elétrons e prótons, chamamos "carga elétrica".

Prótons (p+)Nêutrons (n0)

Elétrons (e-)

Corpo Eletrizado

Corpo eletricamente neutro

Corpo eletrizado positivamente

Corpo eletrizado negativamente

Carga elementar e Quantidade de Carga Elétrica• 1 carga elétrica elementar (e) = 1,6 x 10-19 C (Coulomb). • A quantidade de carga elétrica de um corpo é dada pela

expressão:

Q = +/- n . e Onde:

Q – quantidade de carga elétrica.e – carga elétrica elementar

+/- número de prótons ou elétrons em excesso

1 Coulomb é uma quantidade de carga muito grande. Seria praticamente impossível manter essa quantidade de carga sob controle, caso estivesse concentrada numa região muito pequena .

Frequentemente as cargas elétricas dos corpos é muito menor do que 1 Coulomb. Assim usamos submúltiplos. Os mais usados são:

- -

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

condutor

+ +

+

+

+

+

-

-

-

-

-

-

Isolante

Rigidez Dielétrica de alguns materiais isolantes comuns

Material Rigidez dielétrica média, em KV/cm

Ar 30

Baquelite 150

Borracha 270

Mica 2000

Porcelana 70

Teflon 600

Vidro 900

Exemplos de Semicondutores - Ampolas com Germânio e Silício

F

PRINCÍPIO ELETROSTÁTICO

FF + +

F+ -FF --

PRÍNCIPIO DE ATRAÇÃO E REPULSÃO

Cargas Opostas = Atração

Cargas Iguais = Repulsão

Consideremos dois corpos eletrizados (com cargas Q1 e Q2) e separados por uma distância d.

Quando as dimensões desses corpos são muito menores do que a distância d, podemos representá-los por pontos e chamá-los de cargas elétricas puntiformes.

d

1Q 2Q

Como os corpos estão eletrizados, há uma interação elétrica (força) entre eles.

A intensidade da força diminui à medida que se aumenta a distância de separação d.

GRÁFICO F x d

16F

4F

F

2d1Fα

Hipérbole Cúbica

1 - Se os corpos forem eletrizados com cargas elétricas de mesma natureza (mesmo sinal), a força elétrica será de repulsão.

SENTIDO DA FORÇA ELÉTRICA

1Q 2Q−!F

+

!F

+

1Q 2Q−!F

-

!F

-

2 - Se os corpos forem eletrizados com cargas elétricas de sinais contrários, a força elétrica será de atração.

SENTIDO DA FORÇA ELÉTRICA

1Q 2Q!F −

!F

+ -

Eletrização por Atrito No início os corpos estão neutros Atrito: troca de cargas entre eles. Final: corpos carregados com a mesma quantidade de cargas mas com sinais opostos.

Balão

Porta

SÉRIES TRIBOELÉTRICASPe

le h

uman

a se

ca

Cou

ro

Pele

de

coel

ho

Vidr

oC

abel

o hu

man

oFi

bra

sint

étic

a (n

ylon

)Lã

Chu

mbo

Pele

de

gato

Seda

Alu

mín

io

Pape

lA

lgod

ão

Aço

Mad

eira

Âm

bar

Bor

rach

a du

ra

Níq

uel,

Cob

re,

Latã

o, P

rata

,O

uro,

Pla

tina,

Polié

ster

Isop

or

Film

e PV

C

('mag

ipac

k')

Poliu

reta

no

Polie

tilen

o ('f

ita

ades

iva'

)Po

lipro

pile

no

Vini

l (PV

C)

Silic

one

Teflo

n

A série triboelétrica foi criada para classificar os materiais que se eletrizam por atrito, quanto à facilidade de trocarem cargas elétricas. Série triboelétrica é portanto o termo utilizado para designar uma listagem de materiais em ordem crescente quanto à possibilidade de perder elétrons. Ou seja, quanto maior a facilidade em adquirir cargas positivas, mais alta é a posição que ocupa na tabela. É o caso do atrito entre lã e PVC. Desse modo, foram classificados conforme o quadro abaixo:

Vidro Mica Lã Seda Algodão Madeira Âmbar Enxofre Metais + -Vidro Mica Lã Seda Algodão Madeira Âmbar Enxofre Metais +

Eletrização por Contato

No início pelo menos um deles deve estar carregado.

Final: corpos carregados com cargas de mesmo sinal.

A soma total das cargas deve sempre se conservar (conservação das cargas)

Eletrização por Indução No início um deles está carregado (indutor) e o outro neutro (induzido).

Aproximação dos corpos (sem haver contato).

O induzido vai ficar polarizado (cargas separadas).

Indutor Induzido

No final o indutor é afastado e o induzido vai ficar eletrizado com cargas de sinal oposto a ele.

Desfazer a ligação com a Terra.Ligar o induzido polarizado a Terra.

Todo corpo ligado a Terra vai ganhar ou perder elétrons ficando neutro.

LEI DE COULOMB

Foi o francês Charles Augustim de Coulomb quem formulou, em 1785, a lei matemática que rege as interações entre partículas eletrizadas. Usando o modelo newtoniano, ele estabeleceu que a interação eletrostática entre essas partículas manifestava-se por meio de forças de atração e repulsão, dependendo dos sinais das cargas.

UM POUCO DE HISTÓRIA

Imagem: ArtMechanic / domínio público

Coube a Charles Augustin de Coulomb, com sua célebre balança de torção (na v e r d a d e , u m d i n a m ô m e t r o ) , estabelecer a lei matemática que possibilita o cálculo da intensidade da força elétrica entre dois corpos eletrizados.

A BALANÇA DE TORÇÃO DE COULOMB

Imagem: Sertion / domínio público.

1Q 2QelF!

elF!

2

2..

1

dQQ

KFel =

21F!

12F!

Onde: F = força elétrica (N) Q1 e Q2 = são as cargas elétricas

puntiformes (C) d = distância entre as cargas (m)

K= é a constante eletrostática do meio (Nm2/C2)