eletrostática. tópicos carga elétrica condutores e isolante (dielétrico) processos...
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Eletrostática
Tópicos • Carga elétrica• Condutores e isolante (dielétrico)• Processos Eletrização: Por atrito, Por
indução, Por contato, Por aquecimento e Por pressão
• Lei de Coulomb• Quantização da carga elétrica• Campo elétrico• Potencial Elétrico• Energia Potencial Elétrica• Trabalho da Força Elétrica
Os portadores de carga elétrica são:
elétrons - que transportam carga negativa
Prótons – que possuem carga positiva
Íons - Cátions transportam carga positiva Ânions carga negativa
Portadores de Cargas
Partícula Carga (C) Massa (Kg)
elétron -1,6021917 x 10-19 9,1095 x 10-31Kg
próton 1,6021917 x 10-19 1,67261 x 10-27Kg
nêutron 0 1,67492 x 10-27Kg
Condutores elétricosSão materiais que apresentam portadores de cargas elétricas (elétrons ou íons) quase livres, o que facilita a mobilidade dos mesmos em seu interior. São considerados bons condutores, materiais com alto número de portadores de cargas elétricas livres e que apresentam alta mobilidade desses portadores de cargas elétricas.
Isolantes ou dielétricosOs materiais isolantes se caracterizam por não apresentar portadores de cargas elétricas livres para movimentação. Nesses materiais, a mobilidade dos portadores de cargas elétricas é praticamente nula, ficando os mesmos praticamente fixos no seu interior. Exemplos: borracha, madeira, água pura, etc
Por atrito Foi o primeiro processo de eletrização conhecido. Quando duas substâncias de naturezas diferentes são atritadas, ambas se eletrizam.
Por indução Quando um corpo neutro é colocado próximo de um corpo eletrizado, sem que haja contato entre eles, o corpo neutro se eletriza. Esse fenômeno é chamado indução eletrostática.
Por contato Quando um corpo neutro é colocado em contato com um corpo eletrizado, por meio de um fio condutor, o corpo neutro se eletriza
Por aquecimento Certos corpos, quando aquecidos, eletrizam-se, apresentando eletricidades de nomes contrários em dois pontos diametralmente opostos. O fenômeno é chamado fenômeno piroelétrico. É mais comum em cristais, como por exemplo na turmalina.
Por pressão Certos corpos, quando comprimidos, eletrizam-se, apresentando eletricidades de nomes contrários nas extremidades. O fenômeno é chamado fenômeno piezoelétrico. Também é mais comum em cristais, como por exemplo, turmalina, calcita e quartzo.
Vidro Mica Lã Seda Algodão Madeira Âmbar Enxofre Metais + -Séries triboelétricas
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C)
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Raio, Trovão e Relâmpago
• O trovão é uma onda sonora provocada pelo aquecimento do canal principal durante a subida da Descarga de Retorno. Ele atinge temperaturas entre 20 e 30 mil graus Celsius em apenas 10 microssegundos (0,00001 segundos). O ar aquecido se expande e gera duas ondas: a primeira é uma violenta onda de choque supersônica, com velocidade várias vezes maior que a velocidade do som no ar e que nas proximidades do local da queda é um som inaudível para o ouvido humano; a segunda é uma onda sonora de grande intensidade a distâncias maiores. Essa constitui o trovão audível.
Verdade ou Lenda ?
• Os raios podem chegar ao solo a até 15 km de distância do local da chuva. Verdade
• Sapatos com sola de borracha ou os pneus do automóvel evitam que uma pessoa seja atingida por um raio.
Lenda
• As pessoas ficam carregadas de eletricidade quando são atingidas por um raio e não devem ser tocadas.
Lenda
• Solas de borracha ou pneus não protegem contra os raios. No entanto, a carroceria metálica do carro dá uma boa proteção a quem está em seu interior; sem tocar em partes metálicas. Mesmo que um raio atinja o carro é sempre mais seguro dentro do que fora dele.
Verdade
Verdade ou Lenda ?
Verdade
Lenda
Verdade
• As vítimas de raios não "dão choque" e precisam de urgente socorro médico, especialmente reanimação cardio-respiratória.
• Não importa qual seja o local ele pode ser atingido repetidas vezes, durante uma tempestade. Isto acontece até com pessoas.
• Um raio nunca cai duas vezes no mesmo lugar.
• Se não está chovendo não caem raios. Lenda
F
PRINCÍPIO ELETROSTÁTICO
FF + +
F+ -
FF --
PRÍNCIPIO DE ATRAÇÃO E REPULSÃO
Cargas elétricas de mesmo sinal se repelem e as de sinais
opostos se atraem
Carga elétrica não se cria, não se perde, apenas se transfere
PRÍNCIPIO DE CONSERVAÇÃO DA CARGA ELÉTRICA
Num sistema eletricamente isolado, a soma das cargas
elétricas é constante.
+
ANTES DO
CONTATO
-Q1= 3QQ2= -5Q
++ --Q1
! Q2!
+Q1 Q2 = Q1! Q2
!+DEPOIS
DO CONTATO
Q1 Q2= Q1! Q2
! += 3Q+(-5Q)= 2= = -2Q
2-Q
Q1! Q2
!= -Q= 2
Lei de Coulomb
• Charles Coulomb mediu as forças eléctricas entre duas pequenas esferas carregadas
• Ele descobriu que a força dependia do valor das cargas e da distância entre elas
dFF + +
d
FF+ -
dFF --
LEI DE COULOMB
Q1
Q1
Q1 Q2
Q2
Q2
z
F=Q Q1. 2
1d2
K
F =K .Q Q1.
d22
K=Constate eletrostática
F =K .Q Q1. 21d2
19
F =K .Q Q1.
d22d
+ + 1
Q1 Q2
2d+ +
Q1 Q2
3d+ +
Q1 Q 2
F = K .Q Q1.
d 22
F= K .Q Q1.
d 23
14
F =2 F =31/4F1 1/9F1
d+ +
Q1 Q2
F = K .Q Q1.
d 21
d/2+ +
Q1 Q2
F =4.K .Q Q1.
d 22
F =9.K .Q Q1.
d22
d/3+ +
3
Q1 Q2
F =2 F =34F1 9F1
F =K .Q Q1.
d22d
+ + 1
Q1 Q2
F =2K .Q Q1.
d 22
F =3K .Q Q1.
d 23
d+ +Q1 2Q 2
d+ +Q1 3Q 2
2
2
F =2 F =32F1 3F1
FF + +
Campo elétrico
TRABALHO DA FORÇA ELÉTICA
< 0
> 0
> 0F
SENTIDO NATURAL DO DESLOCMENTO
+ +qQ >
0 FSENTIDO NATURAL DO FORÇADO
>0
<0
A
=
B
A B C=
C
O Trabalho não depende da trajetória.
QF
A BdA dABAB = F.d AB
AB=q.K Q.(1 – 1)
dA dB
q
QF
A BdA dAB
A =q.K Q.(1 – 1)
dA dB
q
∞
∞
A =q.K .Q
dA∞
0
Podemos afirmar que esse é o maior trabalho da força elétrica, para deslocar uma carga do ponto A até o infinito
ENERGIA PONTENCIAL ELÉTRICA
A =q.K Q.(1 – 1 )dA dB
∞ A =q.K .Q
dA∞
0
A =∞ BEPAEP -
A =∞ AEP AEP =q.K .Q dA
Sendo EpB = 0 por considerar o infinito como referencial 0
POTENCIAL ELÉTRICOA grandeza escalar potencial
elétrico é definida como a energia potencial elétrica por unidade de
carga.Colocando-se uma carga q num ponto A de um campo elétrico de uma carga
puntiforme Q, adquire uma energia potencial elétrica EpA. A relação
potencial, energia potencial elétrica e carga é:
AEP
q
AV =
AEP
q
AV =
AEP =q.K .Q dA
=
q.K .Q dA K .Q
q
=dA
AV=K .Q dA
1 volt1coulomb
1 joule = =1V
POTENCIAL DE VÁRIAS CARGAS
Q3
VP=
Pd1
d3
d2
Q1
Q2
V1 +V2 + V3
O POTENCIAL NUMA REGIÃO SOBRE A INFLUÊNCIA DE VÁRIOS CAMPOS É A SOMA DOS POTENCIAIS ELÉTRICOS GERADO POR ESSES CAMPOS
DIFERENÇA DE POTENCIAL (U)
F
A BdAB
Q q
A =B BEPAEP -
=AEP q.VA
=BEP q.VB{
A =B q.VA - q.VB
A =B q.(VA -VB)
DIFERENÇA DE POTENCIAL (U)
A =B q.(VA -VB)
UAB
{É chamado de diferença de potencial elétrica entre os pontos A e B (ddp) ou tensão elétrica entre os pontos A e B.
= qABU
VARIAÇÃO DO POTENCIAL AO LONGO DE UMA LINHA DE FORÇAQ+
A B C
V=K .Q d
Como dA<dB <dc, temos: VA >VB >VC
Percorrendo uma linha uma linha de força no seu sentido, encontramos sempre pontos de menor potencial.
A B C VA >VB >VC
VARIAÇÃO DO POTENCIAL AO LONGO DE UMA LINHA DE FORÇAQ- A B C
V=K .Q d
Como dA < dB < dc, temos: VA > VB > VC
Percorrendo uma linha de força no seu sentido, encontramos sempre pontos de menor potencial.
A B C VA > VB > VC
DIFERENÇA DE POTENCIAL NUM CAMPO ELÉTRICO UNIFORME
VA VB
EF
q
d
A =B q.(VA -VB)
UAB
{
A =B q.E.d
= q.E.dq.(VA -VB)
UAB= E.d
SUPEFÍCIE EQUIPOTENCIAL
Numa superfície equipotencial as linhas de força são sempre
perpendiculares às superfícies equipotenciais.
VAVB
VBVA
R
R
d P