COLGIO ESTADUAL NILSON SOCORRO - 2007 3 AnoCURSO DE FSICA Mdulo 1

NDICECARGA ELTRICA...............................................................................................................2

Um pouco da histria da Eletricidade........................................................................... 2O modelo atmico e a carga eltrica.............................................................................2Os dois tipos de carga eltrica......................................................................................3Quantidade de eletricidade...........................................................................................3Condutores e isolantes..................................................................................................4Exerccios de classe......................................................................................................4Atividades para casa.....................................................................................................5

ELETRIZAO......................................................................................................................7Eletrizao por atrito......................................................................................................7Eletrizao por contato..................................................................................................7Eletrizao por induo.................................................................................................7Princpio da Conservao das Cargas Eltricas...........................................................7Exerccios de classe......................................................................................................8Atividades para casa.....................................................................................................9

FORA ELETROSTTICA.................................................................................................11A Lei de Coulomb........................................................................................................11Exerccios de classe....................................................................................................11Atividades para casa...................................................................................................13

CAMPO ELTRICO.............................................................................................................15Direo e sentido do campo eltrico...........................................................................15Determinao do vetor campo eltrico....................................................................... 15Mdulo do campo eltrico...........................................................................................16Exerccios de classe....................................................................................................16Energia Potencial Eltrica...........................................................................................17Potencial eltrico.........................................................................................................17Potencial eltrico gerado por uma carga puntiforme..................................................17Trabalho do campo eltrico.........................................................................................17Exerccios de classe....................................................................................................18

Elaborado por : Wagner CardosoData: Fevereiro / 2007

Verso 1.0

COLGIO ESTADUAL NILSON SOCORRO - 2007 3 AnoFSICA: CARGA ELTRICA Mdulo 1

CARGA ELTRICA

Um pouco da histria da EletricidadeA partir de agora, iniciaremos o estudo da Eletricidade, uma das partes mais fascinantes da Fsica. atravs dela que se explicam muitos fenmenos que nos cercam no dia-a-dia. Os raios so descargas eltricas. A lmpada da sala de aula, os ferros modernos de passar roupa, a televiso e o telefone celular, por exemplo, tm o seu funcionamento explicado por aes eltricas.

O estudo da eletricidade originou-se de algumas observaes realizadas aparentemente no sculo VI a.C., quando gregos teriam identificado os primeiros fenmenos eltricos. Ao que tudo indica, Tales de Mileto, um filsofo, aps ter atritado um pedao de mbar com pele de animal, verificou que o primeiro passou a atrair objetos leves, tais como a pena de uma ave.

Por alguns sculos, o estudo da eletricidade no evoluiu quase nada. No sculo XVI, William Gilbert, um mdico ingls, verificou que no somente o mbar, mas diversas substncias se eletrizavam ao serem atritadas. Como em grego a palavra mbar elektron, ele chamou esses materiais de eltricos. Da nasceu tambm o nome de eletricidade para esse ramo da Fsica.

O francs Du Fay verificou que havia dois tipos de eletricidade, fazendo a seguinte experincia:

Ao atritar o mbar com um pedao de l, este se eletrizava e repelia outro pedao de mbar igualmente eletrizado.

Do mesmo modo, ao atritar o vidro com um pedao de l, este se eletrizava e repelia outro pedao de vidro igualmente eletrizado.

No entanto, o vidro eletrizado atraa o mbar eletrizado.

Assim se nomeou a eletricidade do vidro de vtrea e a das demais substncias de eletricidade resinosa.

Benjamin Franklin, um importante cientista do sculo XVIII, foi quem nomeou de positiva a eletricidade vtrea e de negativa a resinosa.

O modelo atmico e a carga eltricaSabemos hoje que a matria constituda por tomos e que estes, por sua vez, so formados por trs tipos de partculas elementares: prtons, eltrons e nutrons.

Segundo o modelo atmico atual, podemos distinguir no tomo duas regies distintas: um ncleo central e uma regio que o envolve, a eletrosfera. O ncleo uma regio muito compacta, onde esto os prtons e os nutrons. Na eletrosfera esto os eltrons, girando ao redor do ncleo numa trajetria no conhecida.

Das partculas que constituem o tomo, o eltron foi a primeira a ser descoberta: em 1897; o prton foi descoberto em 1919, e o nutron s em 1932.

Em todos os tomos, o nmero de prtons igual ao de eltrons. No entanto, o tomo de um elemento qumico diferente do tomo de outro elemento qumico. em cada um, encontramos uma quantidade particular de prtons e eltrons, que o seu nmero atmico. Por exemplo:

Um tomo de cobre tem 29 prtons e 29 eltrons.

Um tomo de alumnio tem apenas 13 prtons e 13 eltrons.

"No tenha medo de crescer lentamente. Tenha medo, apenas, de ficar parado. Provrbio chins

Professor Wagner Cardoso 2

COLGIO ESTADUAL NILSON SOCORRO - 2007 3 AnoFSICA: CARGA ELTRICA Mdulo 1

As trs partculas so dotadas de massa. Prton e nutron possuem massas quase iguais, ao passo que o eltron tem uma massa muito menor que a das outras duas. A massa do prton 1840 vezes maior que a do eltron e, mesmo assim, trata-se de uma massa muito pequena, resultando uma fora de atrao gravitacional desprezvel entre o eltron e o ncleo do tomo.

Como poderamos justificar ento que o eltron se mantm numa rbita ao redor do ncleo? A tendncia do eltron seria escapar pela tangente, a menos que houvesse uma outra fora centrpeta que o mantivesse em rbita.

Isso levou aos cientistas a conclurem que existe entre prton e eltron uma fora muito intensa responsvel pela manuteno dessa rbita, a qual foi denominada fora eltrica. Ao prton e ao eltron foi atribuda a propriedade de possurem carga eltrica. A grande pergunta da Fsica no sculo XX, sem dvida nenhuma, foi: qual seria a natureza dessa fora eltrica?.

Bem, ela continua sem resposta at hoje, no sculo XXI. Ns ainda no sabemos e nos limitamos a responder simplesmente: a origem da fora eltrica a carga eltrica do prton e do eltron. Apenas podemos afirmar que a carga eltrica uma propriedade do prton e do eltron, o que, na realidade, no responde satisfatoriamente pergunta. Assim, em linguagem usual, conclumos que:

Os dois tipos de carga eltricaInmeras experincias feitas com prtons e eltrons levaram concluso das seguintes propriedades:

Por outro lado, experincias feitas com os nutrons revelaram que estes no geram nenhuma fora eltrica, nem de atrao nem de repulso, quer estejam em presena de eltrons ou de prtons, ou mesmo entre si.

Isso levou os cientistas a conclurem que existem dois tipos de carga eltrica, uma para o prton e outra para o eltron. Por mera conveno, estabeleceu-se que a carga do eltron seria negativa e a do prton positiva.

Quantidade de eletricidadeA quantidade de eletricidade (ou carga eltrica) de um prton igual de um eltron, exceto pelo sinal. A unidade de carga eltrica no Sistema Internacional o coulomb (C), uma homenagem ao francs Charles Augustin Coulomb (1736-1806).

Essa unidade representa uma grande quantidade de eletricidade. Por isso usam-se seus submltiplos:

microcoulomb ...........

nanocoulomb ............

picocoulomb .............

1C = 10-6 C

1nC = 10-9 C

1pC = 10-12 C

A carga eltrica do prton foi denominada carga eltrica elementar e seu valor representado pelo smbolo e.

"No tenha medo de crescer lentamente. Tenha medo, apenas, de ficar parado. Provrbio chins

Professor Wagner Cardoso 3

Toda vez que dois corpos se atraem ou se repelem com uma fora eltrica, dizemos, por comodidade, que esses corpos tm carga eltrica

eltron repele eltron

prton repele prton

eltron atrai prton

COLGIO ESTADUAL NILSON SOCORRO - 2007 3 AnoFSICA: CARGA ELTRICA Mdulo 1

Experimentalmente, determinou-se o valor de carga eltrica elementar:

Para um conjunto de n eltrons, dizemos que a quantidade de eletricidade Q desse conjunto vale: Q = -n e

Do mesmo modo, um conjunto de n prtons apresenta uma quantidade de eletricidade vale: Q = +n e