ELETROSTÁTICA PROFESSOR : MARCELO ALANO.

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1 ELETROSTÁTICA PROFESSOR : MARCELO ALANO

2 Processos de eletrização
Eletrostática Processos de eletrização

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4 ESTRUTURA ATÔMICA Prótons (p+) Nêutrons (n0) Elétrons (e-)

5 Estrutura atômica Principais características dos átomos
Cada átomo é composto de um núcleo positivamente carregado, rodeado por elétrons negativamente carregados. Os elétrons de todos os átomos são idênticos. Cada um deles possui mesma quantidade de carga negativa e a mesma massa. Prótons e nêutrons constituem o núcleo. Os prótons são cerca de 1800 vezes mais massivos do que os elétrons, mas carregam consigo a mesma quantidade de carga positiva que os elétrons possuem de carga negativa. Os nêutrons possuem uma massa ligeiramente maior do que a dos prótons e não possuem carga elétrica. Normalmente, os átomos possuem o mesmo número de prótons e elétrons, de modo que possuem carga elétrica líquida nula (átomo neutro).

6 Estrutura atômica Exemplo: O modelo de um átomo de hélio.
O núcleo atômico é formado por dois prótons e dois nêutrons. Os prótons positivamente carregados atraem os dois elétrons negativamente carregados. A carga líquida deste átomo vale zero e, portanto, este átomo está eletricamente neutro.

7 Eletricidade Tudo depende do eletron

8 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 kg e = 1,6 x C Robert Millikan 1868 – 1953 Nobel 1923

9 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

10 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.

11 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”

12 Série triboelétrica Mão humana Pele de coelho Vidro Nylon Seda Papel
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 (-)

13 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

14 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.

15 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

16 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

17 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 C 625 x 1016 cargas elementares são necessários para formar 1 C

18 Propriedade Física Os prótons e os elétrons são portadores de carga elétrica.

19 Carga elementar e Quantidade de Carga Elétrica
1 carga elétrica elementar (e) = 1,6 x C (Coulomb). A quantidade de carga elétrica de um corpo é dada pela expressão: Q = +/- n . e Onde: Q – quantidade de carga elétrica. e – carga elétrica elementar +/- número de prótons ou elétrons em excesso

20 Corpos neutros e corpos eletrizados
Os objetos materiais são formados por átomos, o que significa que eles são constituídos de elétrons e prótons (e nêutrons). Um objeto neutro possui mesmo número de elétrons e prótons. Um corpo eletrizado (ou eletricamente carregado) apresenta um desequilíbrio nos números de prótons e elétrons.

21 Corpos neutros e corpos eletrizados
Corpo negativamente carregado: número de elétrons superior ao número de prótons. Corpo positivamente carregado: número de prótons superior ao número de elétrons.

22 Corpo eletricamente neutro
Corpo eletrizado positivamente Corpo eletrizado negativamente

23 PRINCÍPIO FUNDAMENTAL DA ELETROSTÁTICA
Corpos de sinais iguais se repelem. Corpos de sinais diferentes se atraem.

24 Condutores e isolantes

25 Condutores e isolantes
Nos condutores, um ou mais dos elétrons das camadas mais externas desses átomos não estão firmemente presos aos núcleos. Estes elétrons são também chamados de elétrons livres. Em outros materiais, borracha e vidro, por exemplo, os elétrons estão firmemente ligados aos núcleos. Estes materiais são chamados de isolantes.

26 Processos de eletrização
Eletrização é o processo no qual um corpo, inicialmente neutro, é eletrizado. Neste processo os elétrons são adicionados ou removidos de um corpo. Existem três processos de eletrização: Atrito, contato e indução.

27 Processos de eletrização
Eletrização por atrito Ocorre quando atritamos dois corpos de substâncias diferentes (ou não), inicialmente neutros, e haverá transferência de elétrons de um corpo para o outro, de tal forma que um corpo fique eletrizado positivamente (cedeu elétrons), e outro corpo fique eletrizado negativamente (ganhou elétrons)

28 Processos de eletrização
Ex: Lã e vidro Inicialmente a lã e o vidro estão neutros e, portanto, em cada objeto encontramos o mesmo número de prótons e elétrons. Ao final do processo temos dois corpos eletrizados. O vidro carregado positivamente e a lã negativamente. Ao atritar os dois objetos os elétrons são transferidos do vidro para a lã.

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30 Processos de eletrização
Eletrização por contato Ocorre quando um corpo eletrizado é colocado em contato com um corpo neutro. O excesso de carga do corpo eletrizado é distribuído entre os dois corpos. Quando os dois corpos possuem as mesmas dimensões, a carga é igualmente distribuída.

31 Processos de eletrização
Eletrização por contato Exemplo 1: Corpo eletrizado negativamente A B O sinal negativo representa o excesso de elétrons no corpo A. Corpo A (Eletrizado Negativamente) Corpo B (neutro)

32 Processos de eletrização
Eletrização por contato Exemplo 1: Corpo eletrizado negativamente A B Os elétrons em excesso do corpo A são transferidos para o corpo B até que ambos possuam a mesma carga elétrica (corpos idênticos). Ao final do processo temos dois corpos eletrizados com cargas de sinais iguais.

33 Processos de eletrização
Eletrização por contato Exemplo 2: Corpo eletrizado positivamente A B O sinal positivo representa o excesso de prótons no corpo A. O corpo B possui o mesmo número de prótons e elétrons. Corpo A (Eletrizado positivamente) Corpo B (neutro)

34 Processos de eletrização
Eletrização por contato Exemplo 2: Corpo eletrizado positivamente A B Quando o contato é estabelecido entre os dois corpos, os elétrons de B são transferidos para A. Cada elétron transferido de B neutraliza um próton em excesso de A

35 Processos de eletrização
Eletrização por contato Exemplo 2: Corpo eletrizado positivamente A B Cada elétron neutraliza um próton. Quando o contato é estabelecido entre os dois corpos, os elétrons de B são transferidos para A. Cada elétron transferido de B neutraliza um próton em excesso de A. Ao final do processo temos dois corpos eletrizados com cargas de sinais iguais.

36 Processos de eletrização
Eletrização por Indução Quando um objeto negativamente carregado é colocado próximo a uma superfície condutora, os elétrons se movimentam pela superfície do material, mesmo não havendo contato físico. Os elétrons livres da esfera condutora se movimentam devido a repulsão elétrica. Este é o princípio utilizado na eletrização por indução Bastão carregado negativamente

37 Processos de eletrização
Eletrização por Indução Quando um bastão negativamente eletrizado é trazido para perto das esferas, os elétrons livres se movimentam devido à repulsão elétrica. Considere duas esferas metálicas que estejam se tocando, de modo que efetivamente formem um único condutor não-eletrizado. Sendo assim, as esferas possuem o mesmo número de elétrons e prótons. 4 prótons em excesso 4 elétrons em excesso

38 Processos de eletrização
Eletrização por Indução Se as esferas forem separadas com o bastão ainda presente, elas ficarão igualmente carregadas, mas com cargas de sinais opostos. Quando um bastão negativamente eletrizado é trazido para perto das esferas, os elétrons livres se movimentam devido à repulsão elétrica. 4 prótons em excesso 4 elétrons em excesso

39 Processos de eletrização
Eletrização por Indução – aterramento É possível eletrizar uma única esfera por indução se a tocarmos enquanto as cargas encontram-se separadas. Ao final do processo a esfera possui excesso de elétrons. O bastão carregado positivamente provoca a separação de cargas na esfera Ao tocar a esfera, elétrons são transferidos.

40 Processos de eletrização
Eletrização por Indução – aterramento Este processo pode ser realizado com um fio ligado à terra (aterramento). Os elétrons serão transferidos da esfera para a terra se o fio for ligado do lado negativo. Logo, a esfera ficará carregada positivamente. Os elétrons serão transferidos da terra para a esfera se o fio for ligado do lado positivo. Logo, a esfera ficará carregada negativamente.

41 Os raios

42 Os raios Ao passar nas proximidades da superfície terrestre, a nuvem induz cargas de sinal contrário. Uma nuvem pode ser eletrizar a partir das colisões entre as partículas que a constitui. Experiências realizadas com balões mostram que as nuvens de tempestades (responsáveis pelos raios) apresentam, geralmente, cargas elétricas positivas na parte superior e negativas na inferior.

43 Os raios Ao passar nas proximidades da superfície terrestre, a nuvem induz cargas de sinal contrário. O raio – ou descarga elétrica – é constituído de elétrons que, neste caso, são transferidos da nuvem para a superfície terrestre.

44 Os raios Descarga elétrica da nuvem para o solo