Fisica Cursinho

ELETRIZAÇÃO Resumo Teórico

1 - CONCEITO DE CARGA ELÉTRICA Carga elétrica é o nome que se dá a certas propriedades apresentadas por um corpo ou uma partícula. Quando dizemos que dois corpos apresentam cargas de sinais contrários, estamos dizendo que , nas mesmas condições, apresentam propriedades contrárias. AAAA A A A A A

B B B BBBB

A e B, nas mesmas condições, apresentaram propriedades contrárias. A e B apresentam cargas de sinais contrários.

Um átomo é constituído de prótons, elétrons e neutrons. Os prótons e neutros constituem o núcleo atômico. Os elétrons giram em torno do núcleo: Colocar um avi sobre átomos que existe na minha pasta. Os prótons e elétrons apresentam cargas de sinais contrários e o neutron não possui carga. Convencionou-se que o próton apresenta carga positiva e o elétron apresenta carga negativa. Essas cargas apresentam o mesmo valor. Como num átomo, em estado normal, o número de elétrons é igual ao número de neutrons, o átomo em estado normal não manifesta propriedades elétricas. Ele é neutro. A menor quantidade de carga que existe na natureza é chamada de carga elementar(e) e tem um módulo igual à carga do próton ou do elétron: e = 1,6 x 10-19 C , onde a unidade de medida C é o Coulomb

2 - PRINCÍPIOS DA ELETROSTÁTICA: A) Princípio da atração-repulsão: Cargas de mesmo sinal se repelem e cargas de sinais contrários se atraem:

F

F F F F + + + + + F F F F F

- - - - -

F F F F + + + + + F F F F F + + + + +

F

B) Princípio da Conservação de Carga Elétrica: Num sistema eletricamente isolado, a soma algébrica das cargas elétricas é constante. Chamemos de Q a quantidade de um corpo:

QA

QA

QA

QA

QA

QB

QB

QB

QB

QB

TROCA DE CARGAS

Q’A Q’A Q’A

Q’A

Q’A

Q’B

Q’B

QA + QB = Q’A + Q’B ΣQ ANTES = ΣQ DEPOIS

Q’B

Q’B

Q’B

3 - ELETRIZAÇÀO POR ATRITO Quando dois corpos neutros, de materiais diferentes, são atritados, ocorre uma transferência de elétrons de um corpo para outro. Um corpo eletriza-se positivamente e o outro negativamente com quantidades de cargas iguais em valores absolutos: ebonite

ebonite Fluxo de elétrons lã

lã

lã ebonite

Ebonite eletrizada negativamente

-

Lã eletrizada positivamente

+

lã

A ESFERA METÁLICA É REPELIDA PORQUE ADQUIRE CARGA DO MESMO SINAL DO BASTÃO.

-

eb

on

ite

-

eb on it e eb on eb ite on ite eb on it e

4 - CONDUTORES E ISOLANTES

METAL

O METAL PERMITIU QUE CARGAS CHEGASSEM ATÉ A ESFERA

-

eb on it e eb on it e eb on it e

PLÁSTICO

O PLÁSTICO NÀO PERMITIU QUE AS CARGAS CHEGASSEM ATÉ A ESFERA METÁLICA O METAL É CONDUTOR POIS PERMITE A MOVIMENTAÇÀO DE CARGAS ATRAVÉS DELE. O PLÁSTICO É ISOLANTE (OU DIELÉTRICO) POIS NÃO PERMITE A MOVIMENTAÇÀO DE CARGAS ATRAVÉS DELE.

O METAL É UM CONDUTOR POQUE POSSUI ELÉTRONS LIVRES EM SUA ESTRUTURA:

Num sólido, quando há movimentação de cargas, a movimentação será de cargas negativas.

5 - ELETRIZAÇÃO POR CONTATO QUANDO UM CONDUTOR ELETRIZADO É COLOCADO EM CONTATO COM UMOUTRO CONDUTOR NEUTRO, NO EQUILÍBRIO OS CONDUTORES APRESENTAM CARGAS DE MESMO SINAL: CONTATO

DEPOIS

+

+

+

+

eeeeeee

+

+

+

+

+

+ Fluxo de elétrons

{

{ {

ANTES

+

+

+

+

+

{ {

-

CONTATO

-

-

-

-

-

-

e e e e e ee

-

-

-

DEPOIS

{

ANTES

-

-

-

-

-

Fluxo de elétrons No caso particular em que os dois condutores apresentarem o mesmo tamanho e o mesmo formato, após o contato, eles apresentarão também cargas de mesmo valor.

6 - ELETRIZAÇÀO POR INDUÇÃO Ao aproximarmos um corpo carregado (indutor) de um condutor neutro (induzido), haverá uma separação de cargas no condutor neutro:

+

+

+

e- + e- ++ -e++ + e-++ e + - + -e++ -e++ e-

Condutor neutro

e - + e-++ e-++ + e+ -+

Observe que apenas elétrons se movimentam. A extremidade mais próxima do corpo carregado apresentará excesso de elétrons. A extremidade mais afasta do corpo carregado apresentará excesso de prótons. Essa separação de carga é chamada de indução.

Mantendo-se o corpo carrega próximo do condutor neutro, iremos ligar a extremidade mais afastado do condutor neutro à Terra. Ela irá ceder elétrons ao condutor neutro até que essa extremidade se neutralize:

+

+

+

Se afastarmos o corpo carregado, o excesso de cargas negativas irá se espalhar por todo condutor, que agora apresentará um excesso de carga negativa.

e

+e

e

+e e e e e e e e e e +e e ee

e

Fio - Terra

e e e e

e

e

Na eletrização por indução, sempre o induzido irá se carregar com carga de sinal contrária à do indutor. Se aproximarmos um corpo negativamente carregado de um condutor neutro, no final do processo de indução o condutor neutro estará positivamente carregada. Suponha que um isolante seja constituído de moléculas polares( centro de cargas positivas não coincide com o centro de cargas negativas: +

-

-

-

+

+

-

+

-

As moléculas estão distribuídas ao acaso.

-

+

+

Vamos aproximar do isolante um corpo positivamente carregado:

+

-

+

-

+

-

+

+ +

-

+

-

+

-

--

-

+

+

-

+

+ +

--

+

+

A extremidade mais próxima do corpo ficará negativamente carregada e a mais afastada do corpo carregado, ficará positivamente carregada. Esse fenômeno é chamado de polarização. Devemos notar que a carga total do dielétrico é nula, a polarização faz aparecer cargas de sinais contrários nas extremidades do isolante, semelhante ao que ocorre na indução de um condutor.

Vamos aproximar um corpo carregado de um condutor neutro:

Frepulsão Fatraçào

+

+

+

e- + e- ++ -e++ + e-++

Condutor neutro

e + - + -e++ -e++ ee - + e-++ e-++ + e+ -+

Quanto menor a distância entre cargas, maior o valor da força de interação elétrica. Assim, a força de atração será maior que a de repulsão. UM CONDUTOR NEUTRO É ATRAÍDO POR UMCORPO CARREGADO.

Vamos aproximar um corpo carregado de um isolante: isolante

+

-

+

-

+

-

+

+ +

-

+

-

+

-

--

-

+

-

+

++

+

--

Fatraçào

+

Frepulsão UM ISOLANTE É ATRAÍDO POR UM CORPO CARREGADO.

7 - ELETROSCÓPIOS. É um dispositivo que nos permite determinar se um corpo está carregado ou não. A) Pêndulo Elétrico: é constituído por uma bolinha de isopor recoberta por papel metálico, suspensa por um fio isolante:

Corpo neutro Quando um corpo neutro é aproximado de um pêndulo elétrico, o pêndulo não é atraído.

+

+ + +e + e e e ee e e + e + + + e + + e e e ee + ee e + e + e e e e ee+ e e

- -- ------------

Quando um corpo carregado for aproximado de um pêndulo elétrico, o pêndulo será atraído

B) Eletroscópio de Folhas: É constituído por uma bola metálica presa a uma haste condutora. Na extremidade desta haste existe duas folhas metálicas que pode se abrir e fechar livremente:

Quando um corpo neutro é aproximado de um eletroscópio de folhas, as folhas não se abrem.

e e e e e e e e e e e e e e e ee e e e e e ee ee e e e e e e e e e ee e e e

e ee eeeeeeeeeeeeeeeeeee ee ee ee ee e e Se fosse aproximado um corpo positivamente carregado elétrons das folhas seriam atraídos para a esfera. As folhas iriam se carregar positivamente. Com isso as folhas iriam se repelir e se abririam.

e

Quando um corpo carregado é aproximado de um eletroscópio de folhas, as folhas se abrem.

8 - Lei de Coulomb: é a lei que nos permite determinar a força de interação elétrica entre cargas puntuais (corpos carregados de tamanho desprezível) :

d F

F=

+Q1

K . Q1 . Q2 d2

+Q2

{

F

Q1 e Q2 = valor das cargas d = distância entre as carga K = constante que depende do meio onde as cargas estão.

No sistema Internacional de unidades , a unidade de carga elétrica é 1 Coulomb (1C) . Uma carga de 1 C corresponde a 6,25 x 1018 elétrons em excesso ( se a carga do corpo for negativa) ou em falta ( se a carga do corpo for positiva). Como a carga de 1C é muito grande, usamos muito submúltiplos do Coulomb: 1 milicoulomb = 1 mC = 10 -3 C 1 microcoulomb = 1µC = 10 -6 C No Sistema Internacional de unidades a força será dada em Newtons e a distância em metros. A constante K terá um valor de 9,0 x 109 N.m2/ C2 para cargas colocadas no ar ou no vácuo.