Eletricidade Tudo depende do eletron

Início dos estudos Tales de Mileto, século VI a. C. Objetos leves atraíam ou repeliam o âmbar*. *Âmbar – Resina fóssil utilizada na confecção de objetos ornamentais. Ao ser atritado com outros objetos, estes eram atraídos ou repelidos. Física - Eletrostática e Aplicações - Wildson W de Aragão

m = 9,1 x 10-31 kg e = 1,6 x 10-19 C Robert Millikan mediu nossas massas e determinou, usando o resultado de Thomson, a nossa carga. m = 9,1 x 10-31 kg e = 1,6 x 10-19 C Robert Millikan 1868 – 1953 Nobel 1923

Muitos foram os modelos de átomos, nossa moradia. O atual leva em conta o Princípio da Incerteza. Não somos encontrados em endereços certos, mas em regiões prováveis. Modelo de Thomsom Modelo de Rutherford Modelo de Bohr Modelo de Bohr- Sommerfeld Modelo atual Orbitais: s, p, d,f

Por termos cargas negativas, entre nós existe repulsão: cada um empurra o outro para mais longe possível. Porém entre nós e os prótons, que possuem cargas positivas, a atração é irresistível! Nos átomos somos numericamente iguais aos protons existente no núcleo, por isso os átomos apresentam-se, geralmente, neutros.

Na eletrização ocorre transferência de elétrons Como ocupamos regiões em torno do núcleo, sempre que adquirimos energia suficiente, podemos escapar do campo de influência do núcleo e passar de um material para outro. Isto ocorre na ELETRIZAÇÃO. Na eletrização ocorre transferência de elétrons de um corpo para outro. Carga negativa “excesso de elétrons” Carga positiva “falta de elétrons”

Série triboelétrica Mais positivo Mais negativo Exemplo: A série indica para onde nos transferimos quando 2 materiais são colocados em forte contato, como o atrito. Mão humana Pele de coelho Vidro Nylon Seda Papel Borracha Acetato Poliester isopor PVC Mais positivo Mais negativo Exemplo: vidro com seda Vidro (+) e seda (-)

Condutores e Isolantes Em alguns materiais, muitos de nós, somos livres. Temos a liberdade de compartilhar com diversos átomos e, sob influência externa, movimentamos através da matéria. Condutores e Isolantes Possuem eletrons livres. Eles podem se movimentar, e levar energia de um ponto para outro . Não possuem eletrons livres. As cargas ficam localizadas. O material isolante não transmite eletricidade. Eletrização e Neutralização por contato MATERIAL CONDUTOR

Indução eletrostática Temos muita mobilidade dentro de um condutor. Sob a influência de uma carga externa nós deixamos uma região negativa e outra positiva. Processo de separação de cargas que ocorre num condutor sob influência de cargas externas externas.

Eletrizando por indução A nossa tendência é “fugir” para mais longe possível de outras cargas negativas. Principalmente quando um condutor permite que isto ocorra . Eletrizando por indução O sinal da carga residente no corpo eletrizado é oposto ao da carga indutora. O eletróforo de Volta

O experimento de Coulomb F = kq1q2/d2 Entre nós, cargas negativas, a força elétrica é de repulsão. O mesmo ocorre entre cargas positivas. Porém entre nós e os protons,cargas de sinais opostos, ela é de atração. Quanto mais próximos, mais intensa é a força elétrica. O experimento de Coulomb Constante de Coulomb k = 9×109 N/C2·m2 Charles A Coulomb (1736 – 1806) F = kq1q2/d2 Inventou a balança de torsão para medir a força elétrica entre duas esferas. Cargas eletricas Unidade de carga 1 coulomb = 1 C

Quantos de nós são necessários para constituirmos uma carga 1 C? A nossa carga é chamada de “carga elementar” e é simbolizada pela letra “e”. Quantos de nós são necessários para constituirmos uma carga 1 C? Carga elementar e = 1,6 x 10-19 C 625 x 1016 cargas elementares são necessários para formar 1 C

LEI DE COULOMB + d q1 q2 F F - d q1 q2 F F + - d q1 q2 F F

Variando somente as cargas + d q1 q2 3 2 6 F 6 F a q1 . q2 6 3 2 + d q1 q2 4 0,5 2 F 2 F a q1 . q2 2 4 0,5

a Variando somente a distância + d q1 q2 F F a 1 d2 F 4 + + d + + + +

Exercitando Complete as lacunas de forma que a Lei de Coulomb seja respeitada. + d q1 q2 F a q1 . q2 F q1 2 q1 2 q1 2 q1 9 q1 q1 q2 F q1 q1 2 q1 2 q1 5 q1 10 q2 27 q2 5 q2 3 q2 2 q2 2 q2 q2 2 q2 3 q2 4 q2 4 3 F 5 F 6 F F 4 F 2 F 2 F 6 F 8 F 20 F 5

Ö Ö F a 1 d2 F 4 F 9 F 16 F 25 F 2 F 16 F 25 F 3 F 9 F 4 F d d 4 d 5 d Exercitando Complete as lacunas de forma que a Lei de Coulomb seja respeitada. + d q1 q2 F F a 1 d2 F 4 F 9 F 16 F 25 F 2 F 16 F 25 F 3 F 9 F 4 F d d 4 d 5 d 3 Ö d 3 d 2 d 2 Ö d 2 d 3 d 4 d 5

Gráfico F x d F(N) d(m) F d F a 1 d2 1 1 1 4 2 1 9 3 1 16 4

1) Ö F 3F FR = F - FR = 4 4 FR = F1 F2 + a = 180o + FR = F12 F22 2F1 Natureza vetorial da Força Eletrostática + d q1 q2 q3 2d F 4 1) F 4 FR F F a = 180o FR = F1 F2 + Vetorialmente: Módulo da resultante: + FR = F12 F22 2F1 .F2.cos a Ö FR = F - F 4 FR = 3F 4

2) Ö F 5F FR = F+ FR = 4 4 FR = F1 F2 + a = 0o + FR = F12 F22 2F1 Natureza vetorial da Força Eletrostática F 4 2) + d q1 q2 - q3 2d F F FR F 4 a = 0o FR = F1 F2 + Vetorialmente: Módulo da resultante: + FR = F12 F22 2F1 .F2.cos a Ö FR = F+ F 4 FR = 5F 4

3) Ö Ö FR = F1 F2 + a = 90o + FR = F12 F22 2F1 .F2.cos a a + FR = F12 Natureza vetorial da Força Eletrostática F1 FR = F1 F2 + 3) a = 90o + q2 q1 - q3 d 2d + FR = F12 F22 2F1 .F2.cos a Ö F2 F2 F1 FR a + FR = F12 F22 Ö

4) Ö FR = F1 F2 + a = 120o a + FR = F12 F22 2F1 .F2.cos a Natureza vetorial da Força Eletrostática F1 4) a = 120o + q1 q2 - q3 a FR FR = F1 F2 + F2 + FR = F12 F22 2F1 .F2.cos a Ö

5) Ö FR = F1 F2 + a = 120o a + FR = F12 F22 2F1 .F2.cos a Natureza vetorial da Força Eletrostática F1 5) a = 120o + q1 q2 - -2q3 a FR FR = F1 F2 + F2 + FR = F12 F22 2F1 .F2.cos a Ö

William Gilbert (1544 – 1603) retoma a experiência original e verifica que a propriedade apresentada pelo âmbar é comum a outras substâncias quando atritadas entre si. “Elétrico” -> “elektron” (do grego, designa âmbar). Daí, corpos eletrizados ou carregados de eletricidade. (William Gilbert) Física - Eletrostática e Aplicações - Wildson W de Aragão

Cientistas Notáveis OTTO VON GUERICKE (1602 – 1686): Construiu a primeira máquina geradora de eletricidade estática. STEPHEN GRAY (1666 – 1736): Estabeleceu a distinção entre condutores e isolantes. Física - Eletrostática e Aplicações - Wildson W de Aragão

CHARLES DU FAY (1698 – 1739): Teoria da existência das eletricidades vítrea e resinosa. BENJAMIN FRANKLIN (1706 – 1790): Deu impulso definitivo na eletricidade. Inventou pára-raios e investigou teorias na área. Física - Eletrostática e Aplicações - Wildson W de Aragão

Franklin concebeu que os corpos possuíam um fluido elétrico. Excesso de fluido = corpo positivamente eletrizado, como vidro atritado com seda (eletricidade vítrea). Falta de fluido = corpo negativamente eletrizado, como o âmbar (resina) atritado com seda. Fluido elétrico não existe. Corpos positivos tem falta de elétrons e corpos negativos tem excesso de elétrons (-). Física - Eletrostática e Aplicações - Wildson W de Aragão

CHARLES AUGUSTIN DE COULOMB (1736 – 1806): Utilizando a Balança de torção, estabeleceu a lei que leva seu nome. Física - Eletrostática e Aplicações - Wildson W de Aragão

ALESSANDRO VOLTA (1754 – 1827): Construiu a pilha elétrica ALESSANDRO VOLTA (1754 – 1827): Construiu a pilha elétrica. Obtenção de corrente elétrica (cargas elétricas em movimento ordenado). Física - Eletrostática e Aplicações - Wildson W de Aragão

Modelo planetário do Átomo Prótons e elétrons interagem com uma Força Eletrostática. Prótons do núcleo interagem com Força Nuclear e Força Eletrostática. Física - Eletrostática e Aplicações - Wildson W de Aragão

Eletricidade estática no dia-a-dia Pentear os cabelos; Tirar um agasalho ou camisa de lã; Aproximar de aparelhos de TV; Tocar maçanetas de porta; Física - Eletrostática e Aplicações - Wildson W de Aragão

Abastecimento de aviões Física - Eletrostática e Aplicações - Wildson W de Aragão

Gerador de Van de Graaf A parte esférica superior acumula cargas elétricas Física - Eletrostática e Aplicações - Wildson W de Aragão

Eletroscópios Usados para determinar se um corpo está eletrizado ou não, e, se tiver, o sinal de sua carga. Física - Eletrostática e Aplicações - Wildson W de Aragão

Linhas de força do Campo Elétrico Indicam direção e sentido do campo elétrico de uma ou mais cargas. Física - Eletrostática e Aplicações - Wildson W de Aragão

Aplicações Tecnológicas 1. A Xerografia – Máquina Copiadora: O advogado norte americano Chester Carlson recobriu de enxofre uma placa de zinco e a eletrizou por atrito com algodão. Placa pulverizada com licopódio Cilindro pulverizado com selênio Física - Eletrostática e Aplicações - Wildson W de Aragão

2. Impressoras a jato de tinta Entre duas placas eletrizadas (no eletrodo) existe um campo elétrico que regula a orientação das gotas lançadas pelo emissor. Física - Eletrostática e Aplicações - Wildson W de Aragão

3. 1. Pára –raios de Franklin: 3. Os pára-raios 3. 1. Pára –raios de Franklin: Haste condutora disposta verticalmente no ponto mais alto da estrutura a ser protegida. Um fio condutor cravado profundamente no solo induz as cargas em excesso recebidas pelo pára-raios. Física - Eletrostática e Aplicações - Wildson W de Aragão

Campo de proteção do pára-raios: Forma um cone tendo como vértice o ponto mais alto do pára-raios, cuja geratriz forma 60º com a horizontal. (ABNT) Física - Eletrostática e Aplicações - Wildson W de Aragão

3. 2. Pára-raios radioativos Ioniza-se o ar nas vizinhanças da ponta, devido material radioativo existente. Por causar problemas ambientais, seu uso atualmente está proibido. Proibição: Norma 5419/93 ABNT – Associação Brasileira de Normas e Técnicas. Física - Eletrostática e Aplicações - Wildson W de Aragão

4. Pulverização Eletrostática Redução dos impactos ambientais devido à diminuição do uso de agrotóxicos. O método de aplicação atual é extremamente desperdiçador e contaminador. Grande parte do produto é depositado no solo. Física - Eletrostática e Aplicações - Wildson W de Aragão

A pulverização consiste em lançar gotas eletrizadas para melhor eficácia do inseticida e menor deposição no solo. As gotículas carregadas são atraídas por indução para as folhas. Nelas, elas repelem-se, espalhando-se pelo vegetal, inclusive na parte inferior. Física - Eletrostática e Aplicações - Wildson W de Aragão

O método reduz em 50% o uso dos ingredientes ativos e as perdas para o solo são 20 vezes menores que no método convencional. Fonte: Aldemir Chaim http://www.agencia.cnptia.embrapa.br/recursos/Chaim_pulveri zacaoID-2bQck4Ciug.pdf Física - Eletrostática e Aplicações - Wildson W de Aragão

OBRIGADO! wildsondearagao@hotmail.com W W De Aragão, 2012 Física - Eletrostática e Aplicações - Wildson W de Aragão