Estudo dos fenômenos elétricos e magnéticos Eletromagnetismo Estudo dos fenômenos elétricos e magnéticos A Física se divide em: Mecânica  Cinestésico (movimento); Óptica  Visão (luz); Ondulatória  Audição (som); Termologia  Calor e Temperatura (Tato); Quântica (moderna); Eletromagnetismo.

Divisões do eletromagnetismo Eletrostática: Estudo das cargas elétricas em repouso. Eletrodinâmica: Estudo das cargas elétricas em movimento, estudo dos circuitos. Magnetismo: Estudo dos fenômenos magnéticos

Motivação A Física do Eletromagnetismo permite o rápido avanço tecnológico existente na nossa sociedade atual. Em nosso cotidiano estamos cercados de máquinas cujo funcionamento é explicado através do Eletromagnetismo. A falta de conhecimento sobre fenômenos elétricos pode vir a ser perigosa.

Fenômenos elétricos Conceitos Básicos Carga elétrica: Propriedade de algumas partículas elementares. Átomos são formados de prótons, elétrons e nêutrons. Prótons possuem carga positiva e elétrons possuem carga negativa. Suas cargas são iguais em módulo. Um nêutron possui carga nula. Um átomo neutro possui a mesma quantidade de prótons e elétrons. PRÓTONS NÃO SE MOVEM! Cargas opostas se atraem e cargas iguais se repelem.

Condutores: materiais onde as cargas elétricas se movem com facilidade como o corpo humano, a água e os metais. Isolantes: Materiais onde as cargas elétricas não podem se mover como plástico, borracha, vidro e água destilada. Semi-condutores: Materiais com propriedades intermediárias como o silício. Essenciais na fabricação de computadores. Supercondutores: condutores perfeitos, materiais onde as cargas se movem sem perda de energia.

Quantização da Carga Elétrica Um corpo carregado não pode possuir qualquer valor de carga, apenas valores múltiplos da carga do elétron. Afinal um corpo não pode estar carregado com meio elétron. Q = n . e Q  carga elétrica n  quantidade de eletróns e  carga de um elétron. e = -1,6 x 10-19 C (Coulomb  unidade de carga elétrica)

Quantização da carga elétrica - Exemplo Ex. 1: A carga elétrica de um fio de cobre passou de 128 x 103 C para 96 x 103 C. O fio perdeu ou ganhou elétrons? Quantos? (e = -1,6 x 10-19 C) Resolução: Para que haja diminuição na carga é necessário que se ganhe elétrons. Objetivo: n. Dados: Q, e. Equação: Q = n . e. Q = 96 x 103 - 128 x 103 = -32 x 103 C; e = -1,6 x 10-19 C Substituindo na equação: -32 x 103 C = n . -1,6 x 10-19 C n = -32 x 103 C / -1,6 x 10-19 C; n = 20 x 1022

Processos de eletrização Atrito Ao esfregar dois objetos um deles “roubará” elétrons do outro ficando positivo. O objeto que perdeu elétrons ficará negativo. As cargas dos dois objetos serão iguais em módulo. O objeto que rouba os elétrons possui maior eletronegatividade, capacidade de roubar elétrons.

Atrito – Exemplo Ex. 2: Ao se atritar um canudo em um papel toalha, notou-se que o canudo atraia pequenos pedaços de papel neutros. Por que isso acontece? Caso o canudo tenha ficado com uma carga de 176 x 102 C, qual a carga do papel toalha? Quantos elétrons foram ganhos pelo papel toalha? (e = -1,6 x 10-19 C) Resolução: a) Após o atrito o canudo adquiriu carga, ao se aproximar do papel as cargas iguais se afastam do canudo e as cargas opostas são atraídas por ele.

b) Após o atrito  Qcanudo = - Qpapel toalha b) Após o atrito  Qcanudo = - Qpapel toalha. Qpapel toalha = - 176 x 102 C Objetivo: n. Dados: Q, e. Equação: Q = n . e. Q = - 176 x 102 C; e = -1,6 x 10-19 C Substituindo na equação: - 176 x 102 C = n. -1,6 x 10-19 C n = - 176 x 102 C / -1,6 x 10-19 C n = 110 x 1021

Contato Quando dois condutores entram em contato suas cargas elétricas são divididas entre si, proporcionalmente ao tamanho dos condutores.

Contato – Exemplo Ex. 3: Uma esfera A está inicialmente neutra Contato – Exemplo Ex. 3: Uma esfera A está inicialmente neutra. Então e ela entra em contato, ao mesmo tempo, com as esferas B, de carga 2Q, e C, de carga – 5 Q. Em seguida a esfera A entra em contato com a esfera D, com metade do tamanho da esfera A e carga 4Q e depois se separam. Qual é a carga final da esfera A se todas as esferas são condutoras? Resolução: Para determinar a carga de corpos idênticos após o contato soma-se a carga de todos e divide-se pela quantidade de corpos.

1º Contato: A, B e C. QA + QB + QC = 0 + 2Q – 5Q = -3Q. -3Q / 3 = -Q. Após o contato cada esfera tinha carga – Q. 2º Contato: Como a esfera D possui metade do tamanho considera-se que a esfera A como duas esferas do tamanho da esfera D, cada uma com metade da carga de A. Tem-se então: A1, A2, D. QA1 + QA2 + QD = -0,5Q – 0,5Q + 4Q = 3 Q. 3Q / 3 = Q. Como A1 e A2 tem carga Q então A tem carga 2Q.

Indução Ao aproximar um condutor eletrizado e um condutor neutro haverá uma polarização de cargas no condutor neutro. Caso um dos lados do condutor neutro entre em contato com a Terra ele ficará carregado com as cargas do lado contrário ao contato. O objeto que faz contato com a Terra é chamado de “fio terra”.

Indução – Exemplo Ex. 4: Ao carregar um corpo neutro por indução, utilizando um corpo carregado positivamente e aterrando esse corpo com a Terra que carga será enviada para a Terra? Qual será a carga do corpo neutro? Resolução: Ao aproximar o corpo positivo do corpo neutro, as cargas negativas se aproximarão do corpo positivo e as cargas positivas se afastarão. Então o fio Terra é colocado ao lado das cargas positivas que “vão” para a Terra. Ao retirar o fio Terra e afastar o objeto positivo o corpo neutro, com menos cargas positivas, estará eletrizado negativamente.

Eletrostática - Força elétrica Existe uma força que atua entre cargas elétricas. Essa força é dada pela expresão: Fel = K . |Q1 | . |Q2 | / (d12)2 Fel  Força elétrica K  constante que depende do meio. No vácuo: K = 9 . 109 N . m2 / C2 Q  carga elétrica. d  distância entre as cargas.

Sobre a Força Elétrica: A mesma força que Q1 exerce em Q2, Q2 exerce em Q1 (ação e reação). No caso de esferas carregadas, a distância utilizada na equação é medida a partir do centro das esferas. A força é uma grandeza vetorial e deve ser somada vetorialmente. Em alguma somas vetoriais é necessária a Lei dos Cossenos. Lei dos Cossenos: Fr2 = F12 + F22 + 2 . F1 . F2 . cos Θ