ELETROSTÁTICA parte 1

Teoria Atômica A teoria atômica mostra que a corrente é, na verdade, um fluxo de cargas. A “tensão” da fonte é que provoca o movimento.

Carga Elétrica e Eletrização dos Corpos Eletrostática Estuda os fenômenos relacionados às cargas elétricas em repouso. O átomo O núcleo é formado por: Prótons  cargas elétricas positivas Nêutrons  não têm carga elétrica Nas órbitas, estão os Elétrons  cargas elétricas negativas

Carga Elétrica e Eletrização dos Corpos A estrutura básica aplica-se a todos os elementos, porém, cada elemento apresenta uma combinação única de elétrons, prótons e nêutrons. O número de elétrons em qualquer camada depende do elemento. P.ex. o cobre (29 e-) na última camada tem somente 1 e-. A camada mais externa é chamada de camada de valência, e o elétron localizada nela denomina-se elétron de valência.

Carga Elétrica e Eletrização dos Corpos Princípio da Atração e Repulsão “Cargas elétricas de sinais contrários se atraem e de mesmos sinais se repelem.” Módulo da carga do próton e do elétron: Símbolos q ou Q Unidade de Medida coulomb [C]

Carga Elétrica e Eletrização dos Corpos Lei de Coulomb Duas cargas elétricas QA e QB interagem entre si com forças de mesma intensidade F, cujo valor é diretamente proporcional a constante eletrostática do meio K e ao produto das cargas elétricas e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre elas. em que: K= 9x109 N.m2/C2 (no vácuo e no ar) QA e QB = módulos das cargas em [C] d = distância em [m] Como a lei de Coulomb indica, a força diminui de maneira inversamente proporcional ao quadrado da distância. Por causa dessa relação, a atração entre os e- nas órbitas mais externas e o núcleo é mais fraca do que nas órbitas internas, ou seja, os e- de valência são os menos fortemente atraídos, e se adquirem energia suficiente, escapam dos átomos de origem.

Carga Elétrica e Eletrização dos Corpos Elétrons Livre A quantidade de energia necessária para escapar depende do número de elétrons na camada de valência. Se o átomo tiver poucos e- de valência, a atração entre esse e o núcleo será relativamente fraca, e só uma pequena quantidade extra de energia será necessária para escapar do átomo de origem e vagar de átomo em átomo por todo o material. Por outro lado, se a camada de valência estiver completa (ou quase), os elétrons de valência encontram-se mais fortemente atraídos pelo núcleo, apresentando poucos elétrons livres.

Carga Elétrica e Eletrização dos Corpos Condutores Muitos elétrons livres à temperatura ambiente. Exemplos: cobre e alumínio. Um condutor quando eletrizado, os e- livres distribuem-se na superfície externa pois, devido a repulsão mútua entre eles buscam assim o maior afastamento possível entre eles. Isolantes Poucos elétrons livres à temperatura ambiente. Exemplos: ar, borracha e vidro.

Eletrização dos Corpos A eletrização de um corpo neutro pode ser obtida: Retirando elétrons de seus átomos  Inserindo elétrons em seus átomos  Carga de um corpo: Q = n.q em que: (carga de um elétron) n positivo = número de elétrons retirados n negativo = número de elétrons inseridos

Processos de Eletrização Indução Contato

Atrito atrito + baixa umidade Corpos neutros Corpos carregados as cargas são geradas pelo atrito entre duas superfícies, sendo que pelo menos uma é isolante.

contato Corpo carregado Corpo neutro CARREGADO

Princípio da Conservação das Cargas Elétricas indução Corpo carregado Corpo neutro E CARREGADO Princípio da Conservação das Cargas Elétricas Num sistema eletricamente isolado, a soma algébrica das cargas elétricas positivas e negativas é constante.

Gerador eletrostático                                                                                                                         

Princípio da Força Eletrostática Quanto menor a distância entre as cargas elétricas, maior é a força de atração ou repulsão entre elas. d1 d2

Controle da eletricidade estática O controle da descarga eletrostática tem três formas básicas: Aterramento; Isolação; e Neutralização. O objetivo é prevenir a geração das cargas estáticas e a dissipação das já existentes.

- Controle da eletricidade estática 1 - Aterramento – funciona quando condutores tornam-se carregado eletrostaticamente e, por meio de um sistema de conexão a um potencial de terra podemos escoar as cargas, neutralizando o seu potencial.

1 - Aterramento Corpo carregado DESCARREGADO Terra de proteção próximo

- Controle da eletricidade estática 2 - Isolação – o aterramento não irá funcionar com materiais isolantes, então devemos manter a área de trabalho (componentes e equipamentos) o mais afastado possível de objetos isolantes, os quais podem armazenar grandes potenciais eletrostáticos que não podem ser aterrados por serem isolantes. A isolação é conseguida pelo afastamento ou pela blindagem (barreira de material condutor devidamente aterrado).

- Controle da eletricidade estática 3 - Neutralização – a isolação não pode ser 100%, em virtude de que materiais isolantes fazerem parte dos equipamentos – como por exemplo, a placa de circuito impresso, por isso a neutralização deve atuar em conjunto com a isolação. A neutralização é executada normalmente por fluxo de ar ionizado sobre os objetos eletrostaticamente carregados, através de equipamentos denominados de ionizadores. A neutralização não substitui os outros dois processos em virtude da velocidade de descarga do corpo carregado não prevenir a formação de elevados potenciais.

3 - Neutralização Corpo aterrado Fluxo de ar ionizado Corpo carregado DESCARREGADO Terra de proteção próximo

Sistema de proteção antiestático completo 4 1 2 3 5 6 3 2 1 5 6 1 - cobertura condutiva ou dissipativa; 2 - fita de aterramento; 3 - pulseira antiestática em contato com a pele; 4 - ventilador ionizador; 5 - resistor de 1Mohm; 6 - tapete antiestático.

CAMPO ELÉTRICO Uma carga elétrica Q produz ao seu redor uma região afetada por sua presença denominada campo elétrico. Campo Elétrico Criado por cargas elétricas. Representado por linhas de campo.

Símbolo E Unidade de Medida newton/coulomb [N/C] Grandeza Vetorial Campo Elétrico

A intensidade do campo elétrico E num ponto é diretamente proporcional ao módulo da carga elétrica Q, inversamente proporcional ao quadrado da distância d entre ela e o ponto considerado e depende da característica do meio. em que: K=9x109 N.m2/C2 (no vácuo e no ar) Q = módulo da carga elétrica em [C] d = distância em [m] unidade= N.m2.C = N C2.m2 C

Comportamento das Linhas de Campo Cargas de sinais contrários Cargas de mesmo sinal

Campo Elétrico Uniforme. Numa região do espaço existe um campo elétrico E criado por uma carga elétrica qualquer, uma outra carga elétrica puntiforme Q, imersa neste campo elétrico, fica submetida a uma força F.

APLICAÇÃO: Tubo de Televisão A movimentação de e- é encontrada tanto na transmissão e recepção dos sinais de TV. TRANSMISSÃO uma câmara de TV converte a cena de uma imagem ótica para um sinal elétrico, que é feito com um fino feixe de elétrons no tubo iconoscópico da câmera. RECEPÇÃO a imagem é reconstruída usando um tubo de raios catódicos (TRC) existente no receptor de TV. Ao contrário do tubo iconoscópico, o qual produz um feixe de e- com intensidade constante, o feixe do TRC varia de intensidade de acordo com o sinal de entrada. O canhão de elétrons, mantido em alto potencial, dispara o feixe de e-. O feixe passa por dois grupos de placas para deflexões horizontais e verticais, de tal maneira que o ponto na tela no qual o feixe atinge pode ser movido para a direita ou para a esquerda e para cima ou para baixo. Quando o feixe de e- atinge a tela fluorescente, ele faz com que o ponto se ascenda. Assim, o feixe pode “pintar” a figura na tela da TV.

Trabalho realizado pelo Campo Elétrico Consideremos uma carga de prova q colocada num ponto A de um campo elétrico; sob ação da força elétrica, essa carga irá se deslocar até um ponto B desse campo. O campo elétrico irá realizar sobre esta carga um trabalho τAB. Uma propriedade importante do campo elétrico é que ele é conservativo, ou seja, o valor do trabalho realizado independe da trajetória.

Potencial Elétrico Uma carga elétrica q, ao ser colocada num ponto A de um campo elétrico, adquire uma certa quantidade de energia potencial elétrica EP. Definimos o potencial elétrico do ponto A através da relação: Essa relação não depende da carga q utilizada, pois se mudarmos a carga mudaremos também o valor da EP, mas a relação EP/q, permanecerá constante.

Energia Potencial Elétrica de um par de cargas puntiformes Seja Q e q duas cargas elétricas puntiformes, separadas por uma distância d, sendo q fixa. Para determinar o valor da energia potencial elétrica adquirida pela carga q ao ser colocada no ponto A, temos que calcular o trabalho realizado pelo campo elétrico ao transportar a carga q do ponto A até o nível de referência.

Potencial Elétrico devido a várias cargas puntiformes Para determinarmos o potencial elétrico num ponto A de um campo elétrico gerado por uma carga puntiforme Q, coloquemos neste ponto uma carga de prova q.

Potencial Elétrico devido a várias cargas puntiformes Demonstração

Potencial Elétrico Num campo elétrico cada ponto possui um potencial elétrico V que é diretamente proporcional ao produto entre a característica do meio K e a intensidade da carga q, geradora deste campo elétrico, e inversamente proporcional a distância d entre a carga geradora do campo elétrico e o ponto considerado, ou seja, onde há campo elétrico, há potencial para realização de trabalho. em que: K=9x109 N.m2/C2 (no vácuo e no ar) Q = valor absoluto da carga elétrica em [C] d = distância em [m] Carga positiva  potencial positivo Carga negativa  potencial negativo Unidade = Volts (V)

Potencial Elétrico devido a várias cargas puntiformes Se tivermos uma situação na qual existem várias cargas puntiformes, o potencial num ponto P desta região será dado pela soma algébrica dos potenciais devido a cada uma dessas cargas.

Potencial Elétrico EXERCÍCIOS 1) Qual o valor do potencial elétrico gerado por uma carga puntiforme Q = 6µC, situada no vácuo, num ponto A a 20 cm da mesma ? 2) Duas cargas puntiformes Q1 = 4 µC e Q2 = - 8µC estão separadas por uma distância d = 50 cm. Determinar: (a) o potencial elétrico resultante num ponto A, situado na reta que une as cargas e a 20 cm de Q1; (b) o valor da energia potencial elétrica das cargas.