ELETRICIDADE E MAGNETISMO ELETROMAGNETISMO As leis da electricidade e do magnetismo desempenham um papel central na operação de aparelhos  rádios, televisões, motores eléctricos, computadores, aceleradores de partículas de alta energia e em uma série de dispositivos electrónicos usados na medicina. ELETRICIDADE E MAGNETISMO Documentos chineses sugerem que o magnetismo já era conhecido por volta de 2000 a.C. Os gregos antigos observaram fenómenos eléctricos e magnéticos possivelmente por volta de 700 a.c. Descobriram que o âmbar, quando friccionado, atraía pedaços de palha ou penas. Observaram que uma pedra natural chamada magnetita ( ) atraía pedaços de ferro  1

ELETROMAGNETISMO Apenas na primeira parte do século XIX os cientistas estabeleceram que a electricidade e o magnetismo estão relacionados: Em 1820, Hans Oersted descobriu que uma agulha de bússola, que é magnética, é desviada quando colocada perto de uma corrente eléctrica: Em 1831, Michael Faraday na Inglaterra e, quase simultaneamente, Joseph Henry nos Estados Unidos, mostraram que, quando se move um fio condutor perto de um ímã (ou, de maneira equivalente, quando um ímã é movido perto de um fio condutor), uma corrente eléctrica é observada no fio. Em 1873, James Clerk Maxwell baseou-se nessas observações e em outros fatos experimentais para formular as leis do electromagnetismo como as conhecemos hoje. Por volta de 1888), Heinrich Hertz verificou as previsões de Maxwell produzindo ondas electromagnéticas no laboratório  a descoberta do rádio e da televisão. As contribuições de Maxwell para a ciência electromagnético foram especialmente significativas porque as leis formuladas são básicas para todas as formas de fenómenos electromagnéticos. James Clerk Maxwell 2

A NATUREZA DA ELETRICIDADE Modelo de Bohr para o átomo No núcleo estão os protões e os neutrões Os protões são carregados positivamente Os electrões são carregados negativamente e situam-se em diferentes camadas No seu estado natural, um átomo de qualquer elemento contém um número igual de electrões e de protões. Como a carga negativa (-) de cada electrão tem o mesmo valor absoluto que a carga positiva (+) de cada protão, as duas cargas opostas se cancelam. Um átomo nestas condições é electricamente neutro, ou está em equilíbrio. Valor absoluto da carga elementar: 3

No actual modelo atómico, as órbitas bem definidas dos electrões foram substituídas por zonas de probabilidade electrónica

PROPRIEDADES DAS CARGAS ELÉCTRICAS Os corpos são formados por muitos átomos e em geral contém quantidades iguais de cargas positivas e negativas ( )  são electricamente neutros Contudo, por exemplo, friccionando o PVC na lã, haverá transferência de carga de um material para o outro e o PVC fica carregado negativamente, e passa a atrair pequenos objectos. Cada electrão transferido adiciona uma carga negativa ao PVC  uma carga positiva equivalente é deixada na lã.  PORQUE NUM SISTEMA ISOLADO AS CARGAS ELÉCTRICAS SEMPRE SE CONSERVAM 5

AS CARGAS SÃO TRANSFERIDAS EM QUANTIDADES DISCRETAS n  o número de protões ou electrões Temos um efeito diferente se friccionarmos a lã no nylon  o nylon fica carregado positivamente. Aproximando o PVC do nylon eles se atraem Aproximando o PVC do PVC eles se repelem Aproximando o nylon do nylon eles se repelem Foi Benjamin Franklin (1706-1790) que denominou de carga positiva e carga negativa. 6

CARGAS DO MESMO SINAL REPELEM-SE CARGAS DE SINAL OPOSTO ATRAEM-SE Concluímos que CARGAS DO MESMO SINAL REPELEM-SE CARGAS DE SINAL OPOSTO ATRAEM-SE Assim temos as seguintes possibilidades  7

CONDUTORES E ISOLADORES CONDUTORES ELÉCTRICOS são materiais nos quais alguns electrões se deslocam de maneira relativamente livre Exemplos: cobre, alumínio e prata ISOLADORES ELÉCTRICOS são materiais nos quais as cargas eléctricas não se deslocam livremente Exemplos: vidro, borracha e madeira 8

Exemplos: Esfera condutora Condutores Isoladores  9

Exemplos: Os neurónios recebem continuamente impulsos que geram uma corrente eléctrica  cargas eléctricas em movimento Um raio é uma descarga eléctrica que ocorre entre uma nuvem e a terra. 10

LEI DE COULOMB Charles Coulomb inventou uma balança de torção e através dela descobriu que a força eléctrica entre duas pequenas esferas carregadas é proporcional ao inverso do quadrado da distância r de separação entre elas: A força eléctrica entre duas partículas carregadas com cargas ql e q2 e separadas por uma distância r é é a constante de Coulomb e a força é medida em newtons se as cargas estão em coulombs e a distância de separação está em metros A força eléctrica expressa na forma vectorial é 11

Exemplo 1 a) Calcule a força de atracão entre o electrão e o protão no átomo de hidrogénio. Dados: massa do protão = 1.7  10-27 kg massa do electrão = 9.1  10-31 kg carga do electrão = carga do protão = 1.6  10-19 C distância entre o electrão e o protão = 5.3  10-11 m

Podemos desprezar a força gravitacional em relação a força eléctrica b) Calcule a relação entre a força eléctrica e a força gravitacional entre protão e electrão no caso anterior Podemos desprezar a força gravitacional em relação a força eléctrica

As forças eléctricas obedecem ao princípio da sobreposição: Para um sistema de n cargas podemos determinar a força resultante que actua sobre uma das cargas A C B q1 q3 q2 FR F23 F13 As forças eléctricas obedecem ao princípio da sobreposição: onde a força entre cada par de cargas é dada por