ELETROSTÁTICA

UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOASINSTITUTO DE FÍSICA

Professores: José Maria de LimaVlamir Gama Rocha

Joselito QuirinoEverton Leobino

ELETROSTÁTICA

Estuda situações onde as cargas elétricas estão em repouso.

TALES DE MILETO (600 a. C) - Notou que o âmbar, atritado com a pele de um animal ou um tecido qualquer, adquiria a propriedade de atrair objetos leves. Estudou também a magnetita.

ERA UMA VEZ

WILLIAM GILBERT (1600) - verificou que várias outras substâncias atritadas tinham o mesmo comportamento do âmbar e o primeiro a usar o termo “elétrico” derivando-o de elektron (âmbar em grego).

OTTO VON GUERICKE (1670) – Inventor da primeira máquina eletrostática com a qual concluiu que corpos eletrizados tanto podiam provocar atração tanto como repulsão, interpretando adequadamente o fenômeno que o associou com a mesma natureza dos trovões e relâmpagos.

STEPHEN GRAY (1730) – Primeiro a caracterizar condutor e isolante (dielétricos). Descobriu que era possível eletrizar um corpo por contato com outro corpo já eletrizado.

CHARLES DU FAY (1734) – Verificou a existência de duas espécies de eletricidade: a vítrea e a resinosa. Ele observou que a carga elétrica adquirida por um bastão de vidro eletrizado com seda era diferente da carga adquirida por uma vareta de ebonite eletrizada por um pedaço de lã.

Cargas com sinais diferentes = Atração

Cargas com sinais iguais = Repulsão

Cargas com sinais iguais = Repulsão

PARA ENTENDERMOS MELHOR

A partir dos anos 1600, a busca do átomo se tornou um exercício experimental. Diversos cientistas notáveis, começando por John Dalton até Werner Weisenberg para chegar hoje ao modelo abaixo:

Os elétrons (carga elétrica negativa) giram ao redor do núcleo, que possui os prótons (carga elétrica positiva) e nêutrons (sem carga elétrica).

A matéria é constituída de átomos

CARGA ELÉTRICA

Neutro - Tem igual quantidade de prótons e elétrons.

Quando um corpo perde elétrons, ele fica eletrizado positivamente.

Quando ganha elétrons , fica eletrizado negativamente.

Unidade de medida: Coulomb (C)- Carga elementar: e = ± 1,6.10−19C

Q - Carga elétrica (em Coulombs) n = 1, 2, 3,... - número de elétrons e - Carga elementar

enQ .

QUANTIZAÇÃO DA CARGA ELÉTRICA

Robert Millikan com sua experiência da gota de óleo mostrou que a carga de um corpo é sempre um múltiplo inteiro de uma carga fundamental.

Como determinar o número de elétrons existentes em uma carga de 3,2 Coulomb.

Q = 3,2Ce =1,6 10⋅ −19C n =?

Q = n e⋅3,2 = n 1,6 10⋅ ⋅ −19

n=3,2/1,6 10⋅ −19

n = 2 10⋅ 18

EXERCÍCIO

“Em um sistema eletricamente isolado, a soma algébrica das cargas elétricas é constante”.

PRINCÍPIO DA CONSERVAÇÃO DE CARGAS

PARA ENTENDERMOS MELHOR

Neste exemplo, estando A com uma quantidade x de carga elétrica e B eletricamente neutro e havendo o contato entre ambos, B passa a adquirir metade da carga de A causando assim um equilíbrio elétrico entre os dois.

Têm seus elétrons da última camada eletrônica fracamente unidos, e podem perdê-los com facilidade. Esses elétrons recebem o nome de elétrons livres.

Ex:

Metais

Ar úmido

Solo

CONDUTORES

ISOLANTESSeus elétrons estão fortemente ligados aos átomos e assim não se movem com facilidade.

Ex:

Borracha Cerâmica

Vidro Madeira

PROCESSOS DEELETRIZAÇÃO

Dois corpos de materiais diferentes e inicialmente neutros são atritados entre si onde elétrons são transferidos de um corpo para outro, em consequência, um fica eletrizado positivamente e o outro negativamente, com cargas iguais em modulo.

ELETRIZAÇÃO POR ATRITO

PARA ENTENDERMOS MELHOR

SÉRIE TRIBOELÉTRICA

É uma lista que mostra quais materiais que têm uma maior tendência de se tornarem positivamente eletrizados (+) e os de se tornarem negativamente eletrizados (-). Essa lista é uma ferramenta indispensável para se determinar que combinação de materiais podemos usar para um eficiente processo de eletrização por atrito.

PARA ENTENDERMOS MELHOR

Durante a aula, uma aluna de cabelos longos começa a penteá-los usando um pente de plástico. Após pentear, nota que o pente atrai pequenos pedaços de papel que se encontram sobre sua carteira. Admirada, pergunta ao professor o por que? O professor então indaga aos demais alunos e cinco deles dão respostas diferentes. Qual acertou a explicação?

EXERCÍCIO

Aluno A — O pente é um bom condutor elétrico.Aluna B — O papel é um bom condutor elétrico.Aluno C — Os pedaços de papel já estavam eletrizados.Aluna D — O pente ficou eletrizado por atrito no cabelo.Aluno E — Entre o pente e o papel ocorre atração gravitacional.

Aluno A — O pente é feito de plástico não é bom condutor elétrico.

Aluna B — O papel não é bom condutor elétrico.

Aluno C — Os pedaços de papel já estavam eletrizados.

Aluna D — O pente ficou eletrizado por atrito no cabelo. (Correta)

Aluno E — Entre o pente e os pedaços de papel ocorre atração eletrostática que concorre com a gravitacional.

RESOLUÇÃO

EXERCÍCIO

Ocorre quando um condutor eletrizado e colocado em contato com um condutor neutro, ficando este com carga elétrica de mesmo sinal que o primeiro.

nQ

Q ,

ELETRIZAÇÃO POR CONTATO

PARA ENTENDERMOS MELHOR

(Unifor-CE) Duas pequenas esferas idênticas estão eletrizadas com cargas de 6 μC e –10 μC, respectivamente. Colocando-se as esferas em contato, o número de elétrons que passam de uma esfera para a outra vale:

a) 5,0 .1013. d) 4,0 .106.b) 4,0 .1013. e) 2,0 .106.c) 2,5.1013.

Dado: carga elementar e = 1,6 .10–19 C

EXERCÍCIO

A Corrente e o fio servem para o escoamento (Contato) dos elétrons (que foram adquiridos por Atrito com o ar) pois uma faísca durante o abastecimento poderia causar uma explosão.

Asa de um AviãoCarro tanque Abastecendo

APLICAÇÃO NO COTIDIANO

Ocorre por uma simples aproximação entre um corpo eletrizado e outro neutro, sem contato entre eles.

ELETRIZAÇÃO POR INDUÇÃO

OBS: Se o indutor for negativo, elétrons serão repelidos através do fio-terra. Assim, o induzido ficará eletrizado positivamente, pois perdeu elétrons para a Terra.

Na eletrização por indução , o corpo induzido eletriza-se com cargade sinal contrário ao do indutor.

São aparelhos que indicam se um corpo está ou não eletrizado.

ELETROSCÓPIOS

É composto por uma esfera condutora neutra, bastante leve, e suspensa por um fio isolante.

Se a esfera se aproximar do objeto, este terá carga oposta a da esfera.

ELETROSTÁTICOS

É composto por uma esfera metálica neutra ligada a uma haste metálica e duas folhas metálicas, também neutras.

Aproxima-se um corpo A da esfera metálica neutra do eletroscópio. Se as folhas metálicas abrirem, devido à indução eletrostática, ele estará eletrizado; caso contrário, estará neutro.

FOLHAS

I. À medida que o objeto for se aproximando, as folhas vão se abrindo.II. À medida que o objeto for se aproximando, as folhas permanecem como

estavam.III. Se o objeto tocar o terminal, as folhas devem necessariamente fechar-se.

Nesse caso, pode-se afirmar que:

a)somente a afirmativa I é corretab)as afirmativas II e III são corretasc)as afirmativas I e III são corretasd)somente a afirmativa III é corretae)nenhuma das afirmativas é correta

(ITA-SP) Um objeto metálico carregado positivamente, com carga Q, é aproximado de um eletroscópio de folhas, que foi previamente carregado negativamente com carga igual a Q.

EXERCÍCIO

Com a aproximação do objeto carregado positivamente aumenta o número de cargas negativas na esfera do eletroscópio e diminui nas suas lâminas. Logo, aproximam-se uma da outra.

Ao se tocarem, ambos os corpos se neutralizam e as lâminas se fecham.

Alternativa d.

RESOLUÇÃO

FORÇA ELETRICA

APLICAÇÃO NO COTIDIANONas copiadoras a folha fica com carga positiva e o toner (pó plástico) com negativa, a luz derrete e depois os cilindros fixam no papel.

Copiadoras

Filtros

APLICAÇÃO NO COTIDIANOGases tóxicos emitidos por chaminés de fabricas possuem Precipitadores eletrostáticos eletrizam negativamente as partículas em suspensão e depois uma placa eletrizada positivamente coleta as partículas nocivas.

Pintura Eletrostática ou Lacagem

A tinta recebe uma carga elétrica oposta à peça, fazendo com que ela se fixe na peça.

APLICAÇÃO NO COTIDIANO

https://www.youtube.com/watch?v=f4kUJpEX_YQ

https://www.youtube.com/watch?v=TLjVC5W1pPE#t=93

Como é feita a Pintura Eletrostática

Como surgiu a Eletricidade

VÍDEOS EDUCATIVOS

“A intensidade da força entre duas cargas pontuais varia com o inverso do quadrado da distância entre elas e é diretamente proporcional ao produto dos valores absolutos das cargas”

2

..d

qQKF o 229 /.10.9 CmNKo

A - Cargas elétricas de nome (sinal) contrário se atraem.B - Cargas elétricas de mesmo nomes contrários se repelem.

LEI DE COULOMB

1. Duas partículas de mesma massa têm cargas Q e 3Q. Sabendo-se que a força gravitacional é desprezível em comparação com a força elétrica, indique qual das figuras melhor representa as acelerações vetoriais das partículas

EXERCÍCIO

RESOLUÇÃO:

As forças elétricas obedecem o principio de ação e reação (3° Lei de Newton), isto é, têm a mesma intensidade, mesma direção e sentidos opostos, agindo em corpos diferentes.

As cargas tem o mesmo sinal então é uma repulsão e respeitando a 3° lei de Newton devem ter a mesma intensidade.

A letra C é a Correta

2. Determine o módulo da força de interação entre duas partículas eletrizadas com + 4 μC e – 3 μC, estando elas no vácuo à distância de 6 cm uma da outra.

Dado: constante eletrostática do vácuo K0 = 9.109 N.m2/C2

EXERCÍCIO

RESOLUÇÃO:

3. (Unesp-SP) Duas esferas condutoras idênticas carregadas com cargas + Q e – 3Q, inicialmente separadas por uma distância d, atraem-se com uma força elétrica de intensidade (módulo) F. Se as esferas são postas em contato e, em seguida, levadas de volta para suas posições originais, a nova força entre elas será:

a) maior que F e de atração.b) menor que F e de atração.c) igual a F e de repulsão.d) menor que F e de repulsão.e) maior que F e de repulsão.

EXERCÍCIO

RESOLUÇÃO:

4. Duas partículas A e B, eletrizadas com cargas de mesmo sinal e respectivamente iguais a QA e QB, tal que QA = 9 QB, são fixadas no vácuo a 1,0 m de distância uma da outra. Determine o local, no segmento que une as cargas A e B, onde deverá ser colocada uma terceira carga C, para que ela permaneça em repouso.

EXERCÍCIO

Lei dos Cossenos

FORÇA ELÉTRICA DE VÁRIAS CARGAS

Para determinar a força resultante é usada a Regra do Paralelogramo

6. Nos vértices de um triângulo equilátero, de 3 m de lado, estão colocadas as cargas q1 = q2 = 4·10–7 C; e q3 = 10–7 C. Determine a intensidade da força resultante que atua em q3. (K0 = 9·109 N · m2/C2)

EXERCÍCIO

RESOLUÇÃO:

dF 1

GRÁFICO

7. (UFPE) O gráfico abaixo representa a força F entre duas cargas pontuais positivas de mesmo valor, separadas pela distância r.

Determine o valor das cargas, em unidades de 10-7C.

a) 1,0 b) 2,0 c) 3,0 d) 4,0 e) 5,0

EXERCÍCIO

RESOLUÇÃO:

O campo é como uma “gostosa fragrância de um frasco de perfume aberto” que podemos perceber o odor, ainda que não possamos vê-lo. Criando uma espécie de “campo de cheiro” em todos os pontos desse ambiente.

CAMPO ELETRICO

PARA ENTENDER

Muito semelhante a correnteza ou a temperatura que um ponto representa o todo (vetor)

O Campo desempenha o papel de transmissor de interações entre as cargas elétricas

VETOR CAMPO ELÉTRICOTomando o vetor campo gravitacional temos que de maneira análoga colocando uma carga q num ponto P o vetor campo elétrico no ponto P é definido por:

gmP .

EqF . )(SIqFE

ou

sentidosmesmosostêmEeFq .........0

opostossentidostêmEeFq .......0

direçãomesmaatêmEeF .........

MACK-SP) As cargas puntiformes q1= 20 C e q2 = 64 mC estão fixas no vácuo (k0 = 9.109 N.m2/C2), respectivamente nos pontos A e B. O campo elétrico resultante no ponto P tem intensidade de:

a) 3.106 N/C d) 4,5. 106 N/Cb) 3,6. 106 N/C e) 5,4. 106 N/Cc) 4,0. 106N/C

EXERCÍCIO

Resolução:

(PUC-MG) A figura mostra duas cargas de mesmo módulo e sinais opostos, colocadas a uma distância 2a, formando o que chamamos dipolo elétrico.

EXERCÍCIO

O vetor que representa corretamente o campo elétrico resultante E, produzido por essas cargas num ponto P, a uma distância d, é:

a) E1 d) E4b) E2 e) E5c) E3

Resolução:

Representação geométrica que indicar a presença de campos elétricos, são linhas  que tangenciam os vetores cada ponto e jamais se cruzam e tem a mesma orientação do vetor campo elétrico.

LINHAS DE FORÇA

b) Carga negativa – Morre as linhas de força

a) Carga positiva – Nasce as linhas de força

c) Duas cargas puntiformes de mesmo modulo e sinais opostos

e) Duas cargas puntiformes de sinais opostos e módulos diferentes

d)Duas cargas puntiforme com mesmo sinal e mesmo módulo

O campo elétrico é mais intenso na região onde existe linhas mais próximas umas das outras.

(UFRRJ) A figura abaixo mostra duas cargas q1 e q2, afastadas auma distância d, e as linhas de campo do campo eletrostático criado.

Observando a figura acima, responda:

a) Quais os sinais das cargas q1 e q2?b) A força eletrostática entre as cargas é de repulsão? Justifique.

EXERCÍCIO

Resolução:

a) q1 positiva pois a linhas estão saindo ⇒ q2 negativa pois as linhas estão chegando⇒

b) Não, é de atração, pois as cargas q1 e q2 possuem sinais opostos.

APLICAÇÃO

O corpo humano é capaz de gerar campos elétricos e que o nosso coração é capaz de gerar correntes elétricas que percorrem o tecido muscular deste, resultando em seu funcionamento. Toda corrente elétrica gera um campo elétrico que podem ser captados por aparelhos e transformados em traçados. Esse aparelho que capta e analisa o campo elétrico, gerado no coração.

é a capacidade que um corpo tem de realizar trabalho ,ou seja ,atrair ou repelir outras cargas .

POTENCIAL ELÉTRICO

(Ufl a-MG) O diagrama potencial elétrico versus distância de uma carga elétrica puntiforme Q no vácuo é mostrado a seguir

Pode-se af irmar que o valor de Q é:

 a) +3,0 · 10–12 C. d) +0,1 · 10–9 C.b) +0,1 · 10–12 C. e) –3,0 · 10–12 C.c) +3,0 · 10–9 C.

EXERCÍCIO

Resolução:

POTENCIAL COM VÁRIAS CARGAS

(FEI-SP) Na figura, a carga puntiforme Q está fixa em O. Sabe-se que OA = 0,5 m, OB = 0,4 m e que a diferença de potencial entre B e A vale VB – VA = –9 000 V. Qual o valor da carga elétrica Q?

EXERCÍCIO

Resolução:

POTENCIAL COM VÁRIAS CARGAS

(Mack-SP) Na figura abaixo, Q = 2,0 μC e q = 1,5 μC são cargas puntiformes no vácuo (k0 = 9 · 109 N m2/C2). O trabalho realizado pela força elétrica ao levar a carga q do ponto A para o B é:

a) 2,4 J. d) 4,5 J.b) 2,7 J. e) 5,4 J.c) 3,6 J.

EXERCÍCIO

Resolução:

CONCLUINDO

É graças a eletrostática que se conhecem interações básicas entre os corpos, o que ajudou os cientistas a criarem o modelo de átomo como conhecemos hoje.

Com uma nova abordagem no uso de tirinhas ,filmes e vídeos o assunto não é um mero exercício de imaginação e sim o uso da teoria no cotidiano deixando cada vez mas prazeroso estudar .

 

REFERÊNCIAS

HALLIDAY, David. Fundamentos de Física, vol 4. Ondas, David Halliday, Robert Resnick, Jearl Walkei; trad. e revisão técnica Ronaldo Sérgio de Biasi – 8 ed – Rio de Janeiro; LTC 2008, p.115-127.

GASPAR, A.. Física – Eletricidade. ed. São Paulo: Ática, 2000.

RAMALHO JR. , F ; FERRARO, N.G. ; SOARES, P.AT. Fundamentos da Física - Vol.3. 8.ed. São Paulo: Moderna, 2004

Tirinhas - http://www.ensinodefisica.net/1_THs/molduras/index_ths.htm