eletricidade estÁtica professor flÁudio cpmg. eletrostática processos de eletrização
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ELETRICIDADE ESTÁTICA
PROFESSOR FLÁUDIOCPMG
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EletrostáticaProcessos de eletrização
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ESTRUTURA ATÔMICA
Prótons (p+)
Nêutrons (n0)
Elétrons (e-)
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Estrutura atômicaPrincipais características dos átomos
• Cada átomo é composto de um núcleo positivamente carregado, rodeado por elétrons negativamente carregados.
• Os elétrons de todos os átomos são idênticos. Cada um deles possui mesma quantidade de carga negativa e a mesma massa.
• Prótons e nêutrons constituem o núcleo. Os prótons são cerca de 1800 vezes mais massivos do que os elétrons, mas carregam consigo a mesma quantidade de carga positiva que os elétrons possuem de carga negativa. Os nêutrons possuem uma massa ligeiramente maior do que a dos prótons e não possuem carga elétrica.
• Normalmente, os átomos possuem o mesmo número de prótons e elétrons, de modo que possuem carga elétrica líquida nula (átomo neutro).
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Estrutura atômicaExemplo: O modelo de um átomo de hélio.
O núcleo atômico é formado por dois prótons e dois nêutrons.
Os prótons positivamente carregados atraem os dois elétrons negativamente carregados.
A carga líquida deste átomo vale zero e, portanto, este átomo está eletricamente neutro.
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Propriedade Física
• Os prótons e os elétrons são portadores de carga elétrica.
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Carga elementar e Quantidade de Carga Elétrica
• 1 carga elétrica elementar (e) = 1,6 x 10-19 C (Coulomb).
• A quantidade de carga elétrica de um corpo é dada pela expressão:
Q = +/- n . eQ = +/- n . e Onde:
Q – quantidade de carga elétrica.
e – carga elétrica elementar
+/- número de prótons ou elétrons em excesso
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Corpos neutros e corpos eletrizados
• Os objetos materiais são formados por átomos, o que significa que eles são constituídos de elétrons e prótons (e nêutrons).
• Um objeto neutro possui mesmo número de elétrons e prótons.
• Um corpo eletrizado (ou eletricamente carregado) apresenta um desequilíbrio nos números de prótons e elétrons.
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Corpos neutros e corpos eletrizados
Corpo negativamente carregado: número de elétrons superior ao número de prótons.
Corpo positivamente carregado: número de prótons superior ao número de elétrons.
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Corpo eletricamente neutro
Corpo eletrizado positivamente
Corpo eletrizado negativamente
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PRINCÍPIO FUNDAMENTAL DA ELETROSTÁTICA
• Corpos de sinais iguais se repelem.
• Corpos de sinais diferentes se atraem.
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Condutores e isolantes
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Condutores e isolantes
• Nos condutores, um ou mais dos elétrons das camadas mais externas desses átomos não estão firmemente presos aos núcleos. Estes elétrons são também chamados de elétrons livres.
• Em outros materiais, borracha e vidro, por exemplo, os elétrons estão firmemente ligados aos núcleos. Estes materiais são chamados de isolantes.
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Processos de eletrização
• Eletrização é o processo no qual um corpo, inicialmente neutro, é eletrizado.
• Neste processo os elétrons são adicionados ou removidos de um corpo.
• Existem três processos de eletrização: Atrito, contato e indução.
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Processos de eletrizaçãoEletrização por atrito
Ocorre quando atritamos dois corpos de substâncias diferentes (ou não), inicialmente neutros, e haverá transferência de elétrons de um corpo para o outro, de tal forma que um corpo fique eletrizado positivamente (cedeu elétrons), e outro corpo fique eletrizado negativamente (ganhou elétrons)
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Processos de eletrização
• Ex: Lã e vidro
Ao final do processo temos dois corpos eletrizados. O vidro carregado positivamente e a lã negativamente.
Inicialmente a lã e o vidro estão neutros e, portanto, em cada objeto encontramos o mesmo número de prótons e elétrons.
Ao atritar os dois objetos os elétrons são transferidos do vidro para a lã.
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Processos de eletrizaçãoEletrização por contato
Ocorre quando um corpo eletrizado é colocado em contato com um corpo neutro. O excesso de carga do corpo eletrizado é distribuído entre os dois corpos.
Quando os dois corpos possuem as mesmas dimensões, a carga é igualmente distribuída.
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Processos de eletrização
Eletrização por contato
Exemplo 1: Corpo eletrizado negativamente
Corpo A (EletrizadoNegativamente)
Corpo B (neutro)
O sinal negativo representa o excesso de elétrons no corpo A.
A B
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B
Processos de eletrização
Eletrização por contato
Exemplo 1: Corpo eletrizado negativamente
Os elétrons em excesso do corpo A são transferidos para o corpo B até que ambos possuam a mesma
carga elétrica (corpos idênticos).
A
Ao final do processo temos dois corpos eletrizados com cargas de sinais iguais.
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Processos de eletrizaçãoEletrização por contato
Exemplo 2: Corpo eletrizado positivamente
Corpo A (Eletrizadopositivamente)
Corpo B (neutro)
O sinal positivo representa o excesso de prótons no corpo A.
A B
O corpo B possui o mesmo número de prótons e elétrons.
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Processos de eletrizaçãoEletrização por contato
Exemplo 2: Corpo eletrizado positivamente
Quando o contato é estabelecido entre os dois corpos, os elétrons de B são transferidos para A. Cada elétron
transferido de B neutraliza um próton em excesso de A
A B
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Processos de eletrizaçãoEletrização por contato
Exemplo 2: Corpo eletrizado positivamente
Quando o contato é estabelecido entre os dois corpos, os elétrons de B são transferidos para A. Cada elétron
transferido de B neutraliza um próton em excesso de A.
A
Ao final do processo temos dois corpos eletrizados com cargas de sinais iguais.
B
Cada elétron neutraliza um próton.
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ANTESA B
QA QB
A B
QA´ QB´
DEPOIS
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2´´ BABA
QQQQ
A carga elétrica dos corpos após o contato será igual a média das cargas elétricas
antes do contato.
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Processos de eletrização
Eletrização por Indução
Quando um objeto negativamente carregado é colocado próximo a uma superfície condutora, os elétrons se movimentam pela superfície do material, mesmo não havendo contato físico.
Bastão carregado negativamente
Os elétrons livres da esfera condutora se movimentam devido a repulsão elétrica.
Este é o princípio utilizado na eletrização por indução
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Processos de eletrizaçãoEletrização por Indução
Considere duas esferas metálicas que estejam se tocando, de modo que efetivamente formem um único condutor não-eletrizado.
Sendo assim, as esferas possuem o mesmo número de elétrons e prótons.Quando um bastão negativamente eletrizado é trazido para perto das esferas, os elétrons livres se movimentam devido à repulsão elétrica.
4 elétrons em excesso
4 prótons em excesso
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Processos de eletrizaçãoEletrização por Indução
Quando um bastão negativamente eletrizado é trazido para perto das esferas, os elétrons livres se movimentam devido à repulsão elétrica.
Se as esferas forem separadas com o bastão ainda presente, elas ficarão igualmente carregadas, mas com cargas de sinais opostos.
4 elétrons em excesso
4 prótons em excesso
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Processos de eletrizaçãoEletrização por Indução – aterramento
É possível eletrizar uma única esfera por indução se a tocarmos enquanto as cargas encontram-se separadas.
O bastão carregado positivamente provoca a separação de cargas na esfera
Ao tocar a esfera, elétrons são transferidos.
Ao final do processo a esfera possui excesso de elétrons.
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Processos de eletrizaçãoEletrização por Indução – aterramento
Este processo pode ser realizado com um fio ligado à terra (aterramento).
Os elétrons serão transferidos da terra para a esfera se o fio for ligado do lado positivo. Logo, a esfera ficará carregada negativamente.
Os elétrons serão transferidos da esfera para a terra se o fio for ligado do lado negativo. Logo, a esfera ficará carregada positivamente.
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Os raios
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Os raios• Uma nuvem pode ser eletrizar a partir das colisões entre as partículas que a constitui.
• Experiências realizadas com balões mostram que as nuvens de tempestades (responsáveis pelos raios) apresentam, geralmente, cargas elétricas positivas na parte superior e negativas na inferior.
• Ao passar nas proximidades da superfície terrestre, a nuvem induz cargas de sinal contrário.
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Os raios• Ao passar nas proximidades da superfície terrestre, a nuvem induz cargas de sinal contrário.
O raio – ou descarga elétrica – é constituído de elétrons que, neste caso, são transferidos da nuvem para a superfície terrestre.
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Os raios
Descarga elétrica da nuvem para o solo