eletrizaÇÃo joÃo vicente. 1 - conceito de carga elÉtrica carga elétrica é o nome que se dá a...
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ELETRIZAÇÃO
JOÃO VICENTE
1 - CONCEITO DE CARGA ELÉTRICACarga 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.
AAAAAA A A A A
BBBBBBBB
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:
QAQBQA
QBQAQBQA
QBQAQB
TROCA DE CARGAS
Q’A Q’
BQ’A Q’
BQ’A Q’
BQ’A Q’
BQ’A Q’
B
QA + QB = Q’A + Q’B
Q ANTES = Q DEPOIS
lãlãlãlã
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
lãlãlãlã lã
ebonite
Fluxo de elétrons
lã+
ebonite
-Ebonite eletrizada negativamente
Lã eletrizada positivamente
4 - CONDUTORES E ISOLANTESeb
onite
-eb
onite
-eb
onite
-eb
onite
-
A ESFERA METÁLICA É REPELIDA PORQUE ADQUIRE CARGA DO MESMO SINAL DO BASTÃO.
METAL
ebon
ite
- O METAL PERMITIU QUE CARGAS CHEGASSEM ATÉ A ESFERA
PLÁSTICO
ebon
ite-
ebon
ite-
ebon
ite-
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{ ANTES
+
++
++
+
++
++ eeeeeee
Fluxo de elétrons
+
+
+
{ DEPOIS
++
{ ANTES
-
--
--
{CONTATO
-
--
-- e
Fluxo de elétrons
ee e eee
-
-
-{ DEPOIS
--
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 INDUÇÃOAo aproximarmos um corpo carregado (indutor) de um condutor neutro (induzido), haverá uma separação de cargas no condutor neutro:
+ + +- + - + - + - +
+ - + - + - + -
- + - + - + - +
Condutor
neutroe
e
e
e
e
e
e
e
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:
e
e
e
+
+
+
Fio - Terra
eeeeeeeeeeee
e
e
e
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
+ + +
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.
- + - + - + - +
+ - + - + - + -
- + - + - + - +
e
e
e
e
e
e
e
e
e
e
e
e
+ + + +
+ + + +
+ + + +
+
+
+
Condutor
neutro
Vamos aproximar um corpo carregado de um condutor neutro:
+ + +Fatraçào
Frepulsão
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.
+
-
+ -+-
+
-
+-
+ -
+ +
+-
+-
+-
+- +-
+-
isolante
Frepulsão
Fatraçào
Vamos aproximar um corpo carregado de um isolante:
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
e
e
e
e
e
e
e
e
e
e
e
+
+
+
e
e
e
+
+
+ - - -- - -- - -- - -- - -
Quando um corpo carregado for aproximado de um pêndulo elétrico, o pêndulo será atraído
e
e
e
+
+
+
e
e
e
+
+
+
e
e
e
+
+
+
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 ee e e e e e ee e e e e e ee e e e e e ee e e e e e ee e e e e e ee e e e e e eeeeeeeeeeeeeeeee e
e ee ee ee ee ee ee ee e
e
e
e
e
e
e
e
e
e ee ee ee ee ee ee ee ee 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.
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) :
+Q1 +Q2
d
F F
F = K . Q1 . Q2
d2 {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 = 1C = 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.