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Eletrostática IVAN SANTOS. Eletrostática é o ramo da Física que estuda as cargas elétricas em repouso e as interações atrativas ou repulsivas que ocorrem.

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1 Eletrostática IVAN SANTOS

2 Eletrostática é o ramo da Física que estuda as cargas elétricas em repouso e as interações atrativas ou repulsivas que ocorrem entre elas.

3 Carga elétrica

4 Os portadores de carga elétrica são: elétrons - que transportam carga negativa Íons - Cátions transportam cargas positivas Ânions cargas negativas Portadores de Cargas PartículaCarga (coulomb=C)Massa (Kg) elétron-1, x ,1095 x Kg próton1, x ,67261 x Kg nêutron0 1,67492 x Kg

5 Condutores elétricos São 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.

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7 Isolantes ou dielétricos Os 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

8 ELETRIZAÇÃO Explicação do fenômeno de eletrização: Entre as partículas fundamentais são importantes para a explicação dos fenômenos elétricos o próton, o elétron e o nêutron. Os prótons e os nêutrons se encontram numa região do átomo chamada núcleo. Os elétrons ficam girando ao redor do núcleo, dispostos em várias órbitas. Atualmente explicamos a eletrização dos corpos com a noção que temos da estrutura dos átomos.

9 Por atrito Foi o primeiro processo de eletrização conhecido. Quando duas substâncias de naturezas diferentes são atritadas, ambas se eletrizam. Processos Eletrização

10 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.

11 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

12 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.

13 Vidro Mica Lã Seda Algodão Madeira Âmbar Enxofre Metais + - Séries triboelétricas Pele humana seca Couro Pele de coelho Vidro Cabelo humano Fibra sintética (nylon) Lã Chumbo Pele de gato Seda Alumínio Papel Algodão Aço Madeira Âmbar Borracha dura Níquel, Cobre, Latão, Prata, Ouro, Platina, Poliéster Isopor Filme PVC ('magipack') Poliuretano Polietileno ('fita adesiva') Polipropileno Vinil (PVC) Silicone Teflon 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 audívelonda sonoraondassom inaudível

14 Raio, Trovão e Relâmpago

15 Lenda: Se não está chovendo não caem raios. Verdade: Os raios podem chegar ao solo a até 15 km de distância do local da chuva. Lenda: Sapatos com sola de borracha ou os pneus do automóvel evitam que uma pessoa seja atingida por um raio. Verdade: 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. Lenda: As pessoas ficam carregadas de eletricidade quando são atingidas por um raio e não devem ser tocadas. Verdade: As vítimas de raios não "dão choque" e precisam de urgente socorro médico, especialmente reanimação cardio- respiratória. Lenda: Um raio nunca cai duas vezes no mesmo lugar. Verdade: Não importa qual seja o local ele pode ser atingido repetidas vezes, durante uma tempestade. Isto acontece até com pessoas.

16 F PRINCÍPIO ELETROSTÁTICO F F ++ F + - F F - - PRÍNCIPIO DE ATRAÇÃO E REPULSÃO

17 PRÍNCIPIO DE CONSERVAÇÃO DA CARGA ELÉTRICA 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 Num sistema eletricamente isolado, a soma das cargas elétricas é constante.

18 + ANTES DO CONTATO - Q 1 = 3Q Q = -5Q Q 1 ! Q 2 ! + Q 1 Q 2 = Q 1 ! Q 2 ! + DEPOIS DO CONTATO Q 1 Q 2 = Q 1 ! Q 2 ! + = 3Q+(-5Q) = 2 == -2Q 2 -Q Q 1 ! Q 2 ! = = 2 2

19 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 K=Constate eletrostática

20 d F F + + d F F + - d F F - - LEI DE COULOMB Q 1 Q 1 Q 1 Q 2 Q 2 Q 2

21 1919 F = K. QQ 1. d 2 2 d Q 1 Q 2 2d + + Q 1 Q 2 3d + + Q 1 Q 2 F = K. QQ 1. d 2 2 F = K. QQ 1. d F = 2 F = 3 1/4F 1 1/9F 1

22 d + + Q 1 Q 2 F = K. QQ 1. d 2 1 d/2 + + Q 1 Q 2 F = 4.K. QQ 1. d 2 2 F = 9.K. QQ 1. d 2 2 d/ Q 1 Q 2 F = 2 F = 3 4F 1 9F 1

23 F = K. QQ 1. d 2 2 d Q 1 Q 2 F = 2K. QQ 1. d 2 2 F = 3K. QQ 1. d 2 3 d + + Q 1 2Q 2 d + + Q 1 3Q F = 2 F = 3 2F 1 3F 1

24 Campo elétrico é o campo de força provocado por cargas elétricas, (elétrons, prótons ou íons) ou por um sistema de cargas. Cargas elétricas num campo elétrico estão sujeitas a uma força elétrica. Quando uma esfera está eletrizada, as cargas em excesso repelem-se mutuamente e por isso migram para a superfície externa da esfera, atingindo o equilíbrio eletrostático. Assim, o campo elétrico dentro da esfera (em equilíbrio eletrostático) é nulo, já que não há uma força que atraia uma carga para dentro do corpo. E= K Q. d 2

25 LINHAS DE CAMPO Se Q>0 o vetor campo elétrico é de AFASTAMENTO Se Q<0 o vetor campo elétrico é de APROXIMAÇÃO

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27 SUPERFÍCIE EQUIPOTENCIAL Numa superfície equipotencial as linhas de força são sempre perpendiculares às superfícies equipotenciais. VAVA VBVB VBVB VAVA

28 TRABALHO DA FORÇA ELÉTICA + + q Q < 0 > 0 F SENTIDO NATURAL DO DESLOCMENTO + + q Q> 0 F SENTIDO NATURAL DO FORÇADO >0 <0

29 A = B A B C = C O Trabalho não depende da trajetória.

30 Q F A B d A d AB = F.d AB AB = q.K Q.(1 – 1) d A d B q

31 Q F A B d A d AB A = q.K Q.(1 – 1) d A d B q A = q.K.Q d A 0 Podemos afirmar que esse é o maior trabalho da força elétrica, para deslocar uma carga do ponto A até o infinito

32 ENERGIA PONTENCIAL ELÉTRICA A =q.K Q.(1 – 1 ) d A d B A = q.K.Q d A 0 A = B E P A E P - A = A E P A E P = q.K.Q d A Sendo Ep B = 0 por considerar o infinito como referencial 0

33 POTENCIAL ELÉTRICO A 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 Ep A. A relação potencial, energia potencial elétrica e carga é:

34 A E P q A V = A E P q A V = A E P = q.K.Q d A = d AK.Q q = d A A V = d A 1 volt 1coulomb 1 joule = = 1V

35 POTENCIAL DE VÁRIAS CARGAS Q3Q3 VP=VP= P d1d1 d3d3 d2d2 Q1Q1 Q2Q2 V 1 +V 2 +V3V3 O POTENCIAL NUMA REGIÃO SOBRE A INFLUÊNCIA DE VÁRIOS CAMPOS É A SOMA DOS POTENCIAIS ELÉTRICOS GERADO POR ESSES CAMPOS

36 DIFERENÇA DE POTENCIAL (U) F A B d AB Q q A = B B E P A E P - = A E P q.V A = B E P q.V B { A = B q.V A - q.V B A = B q.(V A - VB)VB)

37 DIFERENÇA DE POTENCIAL (U) A = B q.(V A - VB)VB) U AB É chamado de diferença de potencial elétrica entre os pontos A e B (ddp) ou tensão elétrica entre os pontos A e B. = q AB U

38 VARIAÇÃO DO POTENCIAL AO LONGO DE UMA LINHA DE FORÇA Q + ABC V = K.Q d Como d A V B > V C Percorrendo uma linha uma linha de força no seu sentido, encontramos sempre pontos de menor potencial. ABC V A > V B > V C

39 VARIAÇÃO DO POTENCIAL AO LONGO DE UMA LINHA DE FORÇA Q - ABC V = K.Q d Como d A V B > V C Percorrendo uma linha de força no seu sentido, encontramos sempre pontos de menor potencial. ABC V A > V B > V C

40 DIFERENÇA DE POTENCIAL NUM CAMPO ELÉTRICO UNIFORME VAVA VBVB E F q d A = B q.(V A - VB)VB) U AB A = B q.E.d = q.(V A - VB)VB) U AB = E.d FIM DA AULA


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