FÍSICA - ELETRICIDADE - 1ª SÉRIE

CONCEITOS BÁSICOS DE ELETRICIDADE

1. MODELO ATÔMICO

Próton:carga elétrica positiva. Elétron: carga elétrica negativa.

Nêutron: não possui carga elétrica.

2. UNIDADE DE CARGA ELÉTRICA

A unidade de carga elétrica, no SI, é o

coulomb (C). Porém, na prática, um coulomb é considerada uma quantidade de carga muito grande. Assim, é comum o uso de submúltiplos:

1 milicoulomb 1 mC = 10–3 C

1 microcoulomb 1 C = 10–6 C

1 nanocoulomb 1 nC = 10–9 C

1 picocoulomb 1 pC = 10–12 C

2.1 CARGA ELÉTRICA ELEMENTAR

A carga elétrica de um próton é igual, em módulo, à carga elétrica de um elétron. Essa quantidade é chamada carga elétrica elementar e vale:

C106,1=e 19-. carga de um próton: +e carga de um elétron: -e

3. CORPO NEUTRO

nº de prótons = nº de elétrons

3.1 CORPO ELETRIZADO POSITIVAMENTE

Perdeu elétrons:

nº de prótons > nº de elétrons

3.2 CORPO ELETRIZADO NEGATIVAMENTE

Ganhou elétrons:

nº de elétrons > nº de prótons

4. QUANTIZAÇÃO DA CARGA ELÉTRICA

Os prótons e os elétrons são indivisíveis. Esse fato faz com que a quantidade total de carga elétrica de um corpo não possa assumir quaisquer valores, sendo possíveis somente valores múltiplos da quantidade de carga elementar (e). Dizemos que a quantidade de carga elétrica de um corpo é quantizada:

en=Q .

Q: carga elétrica do corpo n: número inteiro e: módulo da carga elétrica de um elétron

5. LEI DE DUFAY (OU PRINCÍPIO DA ATRAÇÃO E REPULSÃO)

Cargas elétricas de mesmo sinal se repelem e de sinais contrários se atraem.

6. CONDUTORES São os meios materiais nos quais as

partículas eletrizadas têm facilidade de movimento. Ex: metais, grafite, soluções eletrolíticas, gases ionizados etc. 7. ISOLANTES

São os meios materiais nos quais as partículas eletrizadas não têm facilidade de movimento. Ex: vidro, plásticos, porcelana, madeira etc.

8. PROCESSOS DE ELETRIZAÇÃO

8.1 ELETRIZAÇÃO POR ATRITO

Atritando-se dois corpos, inicialmente

neutros, ocorre entre eles uma troca de elétrons e, conseqüentemente, ambos se eletrizam.

Os corpos atritados adquirem cargas de mesmo módulo e sinais contrários. Observe o esquema a seguir:

Antes do atrito:

Após o atrito:

Conclusão importante: os corpos ficam eletrizados com cargas de mesmo módulo e de sinais contrários.

8.2 ELETRIZAÇÃO POR CONTATO

Observe os exemplos a seguir, que representa o contato entre esferas eletrizadas e esferas inicialmente neutras: Esfera eletrizada negativamente A em contato

com esfera inicialmente neutra B: ocorre passagem de elétrons de A para B.

Conclusão importante: os corpos ficam eletrizados com cargas de mesmo sinal. 2.1 CASO PARTICULAR

Quando condutores esféricos forem

idênticos (mesmo material e mesmas características geométricas), após a eletrização cada um terá metade da carga total inicial:

Após o contato:

8.3 ELETRIZAÇÃO POR INDUÇÃO Esse processo ocorre quando aproximamos, sem encostar, um condutor A de um condutor B, inicialmente neutro:

a) aproxima-se A de B:

c) desfaz-se a ligação:

b) liga-se B à Terra:

d) situação final:

corpos eletrizados com sinais contrários

LEITURAS COMPLEMENTARES

LIGAÇÃO COM A TERRA

Nosso planeta é ao mesmo tempo um

grande doador e um grande receptor de elétrons. Assim, quando um corpo eletrizado está ligado à Terra através de um condutor, ocorre a passagem de elétrons do corpo para a terra e da terra para o corpo.

No caso da esfera isolada pelo fio, mantemos sua eletrização (dada pelo bastão de vidro) com o toque do dedo, pois aí acorre passagem de elétrons da Terra para a região positiva da esfera, através do corpo da pessoa. Em outras palavras, o toque do dedo possibilita o contato da esfera

com a terra, neutralizando-se, assim, a região positiva da esfera.

Quando um condutor eletrizado negativamente é ligado à Terra, seus elétrons em excesso escoam para ela, fazendo com que o condutor fique neutro ou descarregado. Veja o esquema:

No caso em que o condutor está eletrizado positivamente, sua ligação com a terra faz com que haja um descolamento de elétrons livres da terra para o condutor, até a neutralização ou o descarregamento completo deste.

CONDUTOR NEUTRO SOFRENDO ATRAÇÃO

ELETROSTÁTICA

É possível um condutor A, eletricamente neutro, sofrer atração eletrostática devido à indução eletrostática.

O condutor B da figura induz uma separação

de cargas no condutor neutro A, ficando, dessa forma, as cargas de sinais contrários mais próximas entre si do que as cargas de mesmo sinal, ou seja, a distância d1 entre as cargas de sinais contrários é menor que a distância d2 entre as cargas de mesmo sinal.

Pela Lei de Coulomb (que será estudada mais adiante) concluímos que a força de atração

( ATRF

) tem intensidade maior que a força de

repulsão ( REPF

) e o condutor A, mesmo estando

eletricamente neutro, é atraído por B. Conclusão: todo corpo neutro é atraído e,

conseqüentemente, também atrai todo corpo eletrizado.

ELETROSCÓPIOS

São aparelhos que verificam a existência ou não de excesso de carga elétrica nos corpos. Dois tipos básicos serão aqui descritos: pêndulo eletrostático e eletroscópio de folhas. a) Pêndulo eletrostático

É constituído de uma pequena esfera leve de

cortiça, suspensa por um fio leve e flexível, preso a uma haste.

Aproximando-se do pêndulo um corpo

eletrizado, quer esse corpo se encontre carregado com carga positiva ou negativa, ele atrairá a bolinha suspensa. Observe que o fato de a bolinha ser atraída pelo corpo informa apenas que ele está eletrizado, mas não informa a sua carga. b) Eletroscópio de folhas

É um aparelho constituído dos seguintes elementos: - lâminas finas de alumínio ou ouro; - haste de material condutor terminada em esfera; - rolha isolante; - recipiente de vidro.

Quando se coloca um corpo eletrizado próximo à esfera condutora, as lâminas metálicas do eletroscópio se abrem. Isso ocorre porque o corpo eletrizado induz, na esfera condutora, cargas de sinal contrário às dele, fazendo com que as cargas de mesmo sinal se concentrem nas folhas metálicas, o que produz repulsão entre as folhas.

ATIVIDADES Três esferas metálicas neutras, eletricamente

isoladas do ambiente, estão encostadas umas nas outras com seus centros alinhados. Carrega-se um dos extremos de um bastão de vidro positivamente. Este extremo carregado é aproximado a uma das esferas ao longo da linha formada por seus centros (veja a figura abaixo para uma ilustração). Mantendo o bastão próximo, mas sem que ele toque nas esferas, estas são afastadas umas das outras, sem que se lhes toque, continuando ao longo da mesma linha que formavam enquanto estavam juntas. Podemos afirmar que após afastar-se o bastão, as esferas ficam:

a) duas delas com carga positiva e uma com carga negativa; b) duas delas neutras e uma com carga positiva; c) uma neutra, uma com carga positiva e uma com carga negativa; d) duas neutras e uma com carga negativa. 2) Considere duas esferas condutoras A e B, em contato e inicialmente neutras, que são colocadas próximas a um bastão carregado positivamente. Após essa aproximação, fecha-se a chave C, de tal forma que a esfera B é aterrada, conforme a figura abaixo:

Após abrir a chave C e afastarmos o bastão das duas esferas, pode-se afirmar que: a) a esfera A e a esfera B ficam carregadas negativamente. b) a esfera A e a esfera B ficam carregadas positivamente c) a esfera A e a esfera B ficam neutras. d) a esfera A fica carregada positivamente e a esfera B carregada negativamente. e) a esfera A fica carregada negativamente e a esfera B fica neutra. GABARITO 1) C 2) A

TAREFAS 1) Considere um bastão de PVC carregado com um excesso de cargas positivas e três esferas metálicas condutoras neutras e eletricamente isoladas do ambiente. Elas são postas em contato, lado a lado, alinhadas. O bastão carregado é aproximado de uma das esferas das extremidades, de maneira a estar posicionado na mesma linha, mas não a toca, conforme esquematicamente mostrado na Figura A. A seguir, a esfera do centro é afastada das outras duas e só após o bastão é afastado, como mostrado na Figura B. Após afastar o bastão e com as esferas em equilíbrio eletrostático:

Figura A

Figura B

a) a esfera 1 ficou com um excesso de cargas positivas, a esfera 2 ficou neutra e a esfera 3 ficou com um excesso de cargas negativas. b) a esfera 1 ficou com um excesso de cargas negativas e as esferas 2 e 3 ficaram, cada uma, com um excesso de cargas positivas. c) a esfera 1 ficou com um excesso de cargas positivas e as esferas 2 e 3 ficaram, cada uma, com um excesso de cargas negativas. d) a esfera 1 ficou com um excesso de cargas negativas e cada uma das esferas 2 e 3 ficou neutra. e) a esfera 1 ficou com um excesso de cargas negativas, a esfera 2 ficou neutra e a esfera 3 ficou com um excesso de cargas positivas. 2) Três esferas de metal idênticas A, B e C estão carregadas com cargas -3Q, 2Q e 8Q respectivamente. A esfera C é colocada em contato com a esfera B e depois afastada. A seguir, a esfera C é colocada em contato com a esfera A e depois afastada. Qual a carga final nas esferas A, B e C respectivamente? a) -3Q, 2Q e 8Q d) -1Q, 5Q e 5Q b) 1Q, 5Q e 1Q e) -3Q, 2Q e 6Q c) 1Q, 2Q e 6Q 3) Aproximando-se uma barra eletrizada de duas esferas condutoras, inicialmente descarregadas e encostadas uma na outra, observa-se a distribuição de cargas esquematizada na figura 1, a seguir. Em seguida, sem tirar do lugar a barra eletrizada, afasta-se um pouco uma esfera da outra. Finalmente, sem mexer mais nas esferas, move-se a barra, levando-a para muito longe das esferas. Nessa situação final, a alternativa que melhor representa a distribuição de cargas nas

duas esferas é:

4) Considere as afirmações abaixo: I- Um corpo que tem o número de prótons

diferente do número de elétrons está eletricamente carregado.

II- Na eletrização por atrito os corpos adquirem cargas de sinais opostos.

III- Na eletrização por contato, os corpos adquire cargas elétricas de mesmo sinal.

Quais estão corretas? a) Apenas I d) Apenas I e II b) Apenas II e) I, II e III c) Apenas III 5) Uma nuvem eletricamente carregada induz cargas na região imediatamente abaixo dela, e essa região, por sua vez, também se eletriza. A figura que melhor representa a distribuição de cargas no interior da nuvem e na região imediatamente abaixo desta é:

6) Faz­se um experimento com 4 esferas metálicas iguais e isoladas uma da outra. A esfera A possui carga elétrica Q, e as esferas B, C e D estão neutras. Colocando-se a esfera A em contato sucessivo com as esferas B, C e D, a carga final de A será:

a) 3Q c) 8Q

b) 4Q d) 9Q

7) Observe a figura a seguir.

Duas esferas condutoras, A e B, idênticas e ligadas por um cabo rígido isolante, estão em repouso sobre uma superfície isolante de atrito desprezível, como indica a figura acima. Se a esfera A for carregada com carga +Q, a esfera B mantida neutra, e em seguida o cabo isolante removido, qual das opções abaixo, que expõe uma sequência de três fotos consecutivas, melhor descreve o que ocorrerá com as esferas?

8) Três esferas metálicas iguais, A, B e C, estão apoiadas em suportes isolantes, tendo a esfera A carga elétrica negativa. Próximas a ela, as esferas B e C estão em contato entre si, sendo que C está ligada à terra por um fio condutor, como na figura.

A partir dessa configuração, o fio é retirado e, em seguida, a esfera A é levada para muito longe. Finalmente, as esferas B e C são afastadas uma da outra. Após esses procedimentos, as cargas das três esferas satisfazem as relações a) QA < 0 QB > 0 QC > 0 b) QA < 0 QB = 0 QC = 0 c) QA = 0 QB < 0 QC < 0 d) QA > 0 QB > 0 QC = 0 e) QA > 0 QB < 0 QC > 0

GABARITO 1) E 2) B 3) A 4) E 5) C 6) C 7) B 8) A