Campo Eltrico

EletrostticaProcessos de eletrizao

ESTRUTURA ATMICA

Prtons (p+)Nutrons (n0)Eltrons (e-)Estrutura atmicaPrincipais caractersticas dos tomos

Cada tomo composto de um ncleo positivamente carregado, rodeado por eltrons negativamente carregados.

Os eltrons de todos os tomos so idnticos. Cada um deles possui mesma quantidade de carga negativa e a mesma massa.

Prtons e nutrons constituem o ncleo. Os prtons so cerca de 1800 vezes mais massivos do que os eltrons, mas carregam consigo a mesma quantidade de carga positiva que os eltrons possuem de carga negativa. Os nutrons possuem uma massa ligeiramente maior do que a dos prtons e no possuem carga eltrica.

Normalmente, os tomos possuem o mesmo nmero de prtons e eltrons, de modo que possuem carga eltrica lquida nula (tomo neutro).

Estrutura atmicaExemplo: O modelo de um tomo de hlio.

O ncleo atmico formado por dois prtons e dois nutrons.

Os prtons positivamente carregados atraem os dois eltrons negativamente carregados.

A carga lquida deste tomo vale zero e, portanto, este tomo est eletricamente neutro.Propriedade FsicaOs prtons e os eltrons so portadores de carga eltrica.

6Carga elementar e Quantidade de Carga Eltrica1 carga eltrica elementar (e) = 1,6 x 10-19 C (Coulomb).A quantidade de carga eltrica de um corpo dada pela expresso:

Q = +/- n . eOnde:Q quantidade de carga eltrica.e carga eltrica elementar+/- nmero de prtons ou eltrons em excessoCorpos neutros e corpos eletrizadosOs objetos materiais so formados por tomos, o que significa que eles so constitudos de eltrons e prtons (e nutrons).Um objeto neutro possui mesmo nmero de eltrons e prtons.Um corpo eletrizado (ou eletricamente carregado) apresenta um desequilbrio nos nmeros de prtons e eltrons.Corpos neutros e corpos eletrizadosCorpo negativamente carregado: nmero de eltrons superior ao nmero de prtons.

Corpo positivamente carregado: nmero de prtons superior ao nmero de eltrons.

Corpo eletricamente neutro

Corpo eletrizado positivamenteCorpo eletrizado negativamentePRINCPIO FUNDAMENTAL DA ELETROSTTICACorpos de sinais iguais se repelem.

Corpos de sinais diferentes se atraem.

Condutores e isolantes

Condutores e isolantesNos condutores, um ou mais dos eltrons das camadas mais externas desses tomos no esto firmemente presos aos ncleos. Estes eltrons so tambm chamados de eltrons livres.Em outros materiais, borracha e vidro, por exemplo, os eltrons esto firmemente ligados aos ncleos. Estes materiais so chamados de isolantes.Processos de eletrizaoEletrizao o processo no qual um corpo, inicialmente neutro, eletrizado. Neste processo os eltrons so adicionados ou removidos de um corpo.Existem trs processos de eletrizao: Atrito, contato e induo.Processos de eletrizaoEletrizao por atrito

Ocorre quando atritamos dois corpos de substncias diferentes (ou no), inicialmente neutros, e haver transferncia de eltrons de um corpo para o outro, de tal forma que um corpo fique eletrizado positivamente (cedeu eltrons), e outro corpo fique eletrizado negativamente (ganhou eltrons)Processos de eletrizaoEx: L e vidroAo final do processo temos dois corpos eletrizados. O vidro carregado positivamente e a l negativamente.

Inicialmente a l e o vidro esto neutros e, portanto, em cada objeto encontramos o mesmo nmero de prtons e eltrons.Ao atritar os dois objetos os eltrons so transferidos do vidro para a l.Processos de eletrizaoEletrizao por contato

Ocorre quando um corpo eletrizado colocado em contato com um corpo neutro. O excesso de carga do corpo eletrizado distribudo entre os dois corpos.

Quando os dois corpos possuem as mesmas dimenses, a carga igualmente distribuda.Processos de eletrizaoEletrizao por contatoExemplo 1: Corpo eletrizado negativamente

Corpo A (EletrizadoNegativamente)Corpo B (neutro)O sinal negativo representa o excesso de eltrons no corpo A. ABBProcessos de eletrizaoEletrizao por contatoExemplo 1: Corpo eletrizado negativamente

Os eltrons em excesso do corpo A so transferidos para o corpo B at que ambos possuam a mesma carga eltrica (corpos idnticos). AAo final do processo temos dois corpos eletrizados com cargas de sinais iguais.Processos de eletrizaoEletrizao por contatoExemplo 2: Corpo eletrizado positivamente

Corpo A (Eletrizadopositivamente)Corpo B (neutro)O sinal positivo representa o excesso de prtons no corpo A. ABO corpo B possui o mesmo nmero de prtons e eltrons.Processos de eletrizaoEletrizao por contatoExemplo 2: Corpo eletrizado positivamente

Quando o contato estabelecido entre os dois corpos, os eltrons de B so transferidos para A. Cada eltron transferido de B neutraliza um prton em excesso de AABProcessos de eletrizaoEletrizao por contatoExemplo 2: Corpo eletrizado positivamente

Quando o contato estabelecido entre os dois corpos, os eltrons de B so transferidos para A. Cada eltron transferido de B neutraliza um prton em excesso de A.AAo final do processo temos dois corpos eletrizados com cargas de sinais iguais.BCada eltron neutraliza um prton.Processos de eletrizaoEletrizao por Induo

Quando um objeto negativamente carregado colocado prximo a uma superfcie condutora, os eltrons se movimentam pela superfcie do material, mesmo no havendo contato fsico.Basto carregado negativamenteOs eltrons livres da esfera condutora se movimentam devido a repulso eltrica. Este o princpio utilizado na eletrizao por induoProcessos de eletrizaoEletrizao por Induo

Considere duas esferas metlicas que estejam se tocando, de modo que efetivamente formem um nico condutor no-eletrizado.Sendo assim, as esferas possuem o mesmo nmero de eltrons e prtons.Quando um basto negativamente eletrizado trazido para perto das esferas, os eltrons livres se movimentam devido repulso eltrica.4 eltrons em excesso4 prtons em excessoProcessos de eletrizaoEletrizao por Induo

Quando um basto negativamente eletrizado trazido para perto das esferas, os eltrons livres se movimentam devido repulso eltrica.Se as esferas forem separadas com o basto ainda presente, elas ficaro igualmente carregadas, mas com cargas de sinais opostos.4 eltrons em excesso4 prtons em excesso

Processos de eletrizaoEletrizao por Induo aterramento

possvel eletrizar uma nica esfera por induo se a tocarmos enquanto as cargas encontram-se separadas.

O basto carregado positivamente provoca a separao de cargas na esfera

Ao tocar a esfera, eltrons so transferidos.

Ao final do processo a esfera possui excesso de eltrons.Processos de eletrizaoEletrizao por Induo aterramento

Este processo pode ser realizado com um fio ligado terra (aterramento).

Os eltrons sero transferidos da terra para a esfera se o fio for ligado do lado positivo. Logo, a esfera ficar carregada negativamente.

Os eltrons sero transferidos da esfera para a terra se o fio for ligado do lado negativo. Logo, a esfera ficar carregada positivamente.Os raios

Os raios Uma nuvem pode ser eletrizar a partir das colises entre as partculas que a constitui. Experincias realizadas com bales mostram que as nuvens de tempestades (responsveis pelos raios) apresentam, geralmente, cargas eltricas positivas na parte superior e negativas na inferior.

Ao passar nas proximidades da superfcie terrestre, a nuvem induz cargas de sinal contrrio.

Os raios Ao passar nas proximidades da superfcie terrestre, a nuvem induz cargas de sinal contrrio.

O raio ou descarga eltrica constitudo de eltrons que, neste caso, so transferidos da nuvem para a superfcie terrestre.Os raios

Descarga eltrica da nuvem para o soloCampo EltricoConceito e MatemticaComo uma carga sabe que a outra est l?Mesmo distncia, elas se atraem ou se repelem.Ainda no foi descoberto nada material entre elas.FELFELPara responder isso, dois esclarecimentos:Outras dimenses no coisa de filme de fico cientfica.Analogia: garotos jogando bolinha de gude...Analogia das Bolinhas de GudeUm rapaz observa da janela de um prdio....

...um menino jogar bolinhas de gude num tanque de areia.Analogia das Bolinhas de GudeEle percebe que as bolinhas so REPELIDAS por certos lugares e ATRADAS por outros.Qual a explicao para isso?Analogia das Bolinhas de Gude

Simples! Morros e buracos na areia, e a atrao da gravidade!Analogia das Bolinhas de Gude

Atravs do qu as cargas percebem-se umas s outras?Deformaes no espao-tempo em outras dimenses. Essas deformaes so chamadas CAMPOS ELTRICOS.Calculando o campo eltrico.Q est gerando um campo eltrico.q est recebendo este campo.Se trocarmos q por 5C, qual ser a fora que receber devido ao MESMO campo, no mesmo local?++FEL = 10 Nq = 4CQNo use regra-de-trs!Calculando o campo eltrico.O campo eltrico gerado por Q produz 10N para 4C, ou seja, 10N 4C = 2,5N/C.Dizemos que o campo eltricoE = 2,5N/C.Logo, com 5C, teremos52,5 = 12,5N de fora sobre q.

++FEL = 12,5 Nq = 5CQLogo, campo eltricoE = F/qq est recebendo o campo.E=2,5N/CCalculando o campo eltrico.O campo existe mesmo sem q no local. uma grandeza vetorial.

+QE=2,5N/CE = F/qF = kQq/dEnto: E = kQ/dQ a carga que gera o campo.

Soma de campo eltrico.+Para saber a direo do campo das cargas Q, pense numa carga q de teste positiva.Se o ngulo for 90o, o campo resultante obtido por Pitgoras. Se no:ER = E1 + E2 + 2E1E2cos

-E2E1EREnergia Potencial EltricaConceito e MatemticaEnergia potencial elstica.Quando esticamos o elstico, guardamos energia nele.A energia transferida para o carrinho, que ganha velocidade.

Energia potencial ELTRICAComo um elstico esticado, duas cargas tambm guardam energia.

A energia potencial eltrica dada porEP = kQq/dFELFELVoltagemTambm conhecido como POTENCIAL ou TENSO.Conceito e MatemticaCalculando a voltagem.Q est gerando um campo eltrico.q est recebendo este campo.Por causa disso, q possui certa ENERGIA EP.Se trocarmos q por 3C, qual ser a energia que ter devido ao MESMO campo, no mesmo local?++EP = 20 Jq = 5CQNo use regra-de-trs!Calculando a voltagem.O campo eltrico gerado por Q produz 20J para 5C, ou seja, 20J 5C = 4J/C.Dizemos que o POTENCIAL naquele ponto U = 4J/C ou 4Volts.Logo, com 3C, teremos34 = 12J de energia em q.

++FEL = 12,5 Nq = 5CQLogo, campo eltricoU = EP/qq est recebendo o campo.U = 4VVoltagem = POTENCIAL.O potencial existe mesmo sem q no local. uma grandeza escalar. negativo se Q for negativo.

+QU = 4VU = EP/qEP = kQq/dEnto: U = kQ/dQ a carga que gera o campo.

Exerccios:Dois corpos, A e B, de materiais diferentes, inicialmente neutros, so atritados entre si, isolados de outros corpos. Aps o atrito:

a) ambos ficam eletrizados negativamente.b) ambos ficam eletrizados positivamente.c) um fica eletrizado negativamente e o outro continua neutro.d) um fica eletrizado positivamente e o outro continua neutro.e) um fica eletrizado positivamente e o outro, negativamente.Quatro esferas metlicas idnticas (A, B, C e D) esto isoladas uma das outras. As esferas A, B e C esto neutras e a esfera D possui carga Q. As cargas finais de D se entrar em contato: i) sucessivo com A, B e C e ii) simultneo com A, B e C, respectivamente, so:

Q/4 e Q/4Q/4 e Q/8Q/2 e Q/2Q/8 e Q/4 Q/8 e QTrs esferas condutoras idnticas I, II e III tm, respectivamente, as seguintes cargas eltricas: 4.q, -2.q e 3.q. A esfera I colocada em contato com a esfera II e, logo em seguida, encostada esfera III. Pode-se afirmar que a carga final da esfera I ser:

q2q3q4q5qDurante uma aula de Fsica, o Professor Carlos Heitor faz a demonstrao de eletrosttica que se descreve a seguir. Inicialmente, ele aproxima duas esferas metlicas, R e S, eletricamente neutras, de uma outra esfera isolante, eletricamente carregada com carga negativa, como representado na Figura I. Cada uma dessas esferas est apoiada em um suporte isolante. Em seguida, o professor toca o dedo, rapidamente, na esfera S, como representado na Figura II. Isso feito, ele afasta a esfera isolante das outras duas esferas, como representado na Figura III.

Considerando-se essas informaes, CORRETO afirmar que, na situao representada na Figura III,A) a esfera R fica com carga negativa e a S permanece neutra.B) a esfera R fica com carga positiva e a S permanece neutra.C) a esfera R permanece neutra e a S fica com carga negativa.D) a esfera R permanece neutra e a S fica com carga positiva.

Duas cargas eltricas puntiformes esto separadas por uma distncia d. Esta distncia alterada at que a fora entre as cargas fique quatro vezes maior. A nova separao entre as cargas de:

a) 4db) 2dc) 0,5dd) 0,25de) 3d