O documento descreve conceitos de eletrostática como carga elétrica, condutores e isolantes, processos de eletrização, lei de Coulomb, eletroscópio e experimentos realizados com um gerador de Van de Graaff.

1. Eletrostática Professor Joabe

3. Condutores e isolante (dielétrico)

4. Processos Eletrização: Por atrito, Por indução, Por contato, Por aquecimento e Por pressão

5. Lei de Coulomb

6. Quantização da carga elétrica

7. Eletroscópio

11. Portadores de Cargas Os portadores de carga elétrica são: elétrons - que transportam carga negativa Íons - Cátions transportam cargas positivas Ânions cargas negativas

13. Condutores elétricos São materiais que apresentam portadores de cargas elétricas (elétrons ou íons) quase livres, o que facilita a mobilidade dos mesmos em seu interior. São considerados bons condutores, materiais com alto número de portadores de cargas elétricas livres e que apresentam alta mobilidade desses portadores de cargas elétricas.

15. Isolantes ou dielétricos Os materiais isolantes se caracterizam por não apresentar portadores de cargas elétricas livres para movimentação. Nesses materiais, a mobilidade dos portadores de cargas elétricas é praticamente nula, ficando os mesmos praticamente fixos no seu interior. Exemplos: borracha, madeira, água pura, etc

16. PRINCÍPIO ELETROSTÁTICO PRÍNCIPIO DE ATRAÇÃO E REPULSÃO + + F F - - F F - + F F

17. Cargas elétricas de mesmo sinal se repelem e as de sinais opostos se atraem

18. Processos de eletrização

19. Por atrito Foi o primeiro processo de eletrização conhecido. Quando duas substâncias de naturezas diferentes são atritadas, ambas se eletrizam.

21. Após a eletrização corpos adquirem cargas de sinais opostos;QLã = - QVidro

22. Por indução Quando um corpo neutro é colocado próximo de um corpo eletrizado, sem que haja contato entre eles, o corpo neutro se eletriza. Esse fenômeno é chamado indução eletrostática.

23. Eletrostática Característica da eletrização por indução: Necessidade de indutor previamente eletrizado (INDUTOR).

24. Por contato Quando um corpo neutro é colocado em contato com um corpo eletrizado o corpo neutro se eletriza

27. Eletrostática Fio Terra Fio Terra O Fio Terra ->Quando um corpo eletrizado é ligado á Terra por um caminho condutor ele se descarrega Q < 0 Q > 0

28. Eletrostática A série triboelétrica foi criada pra classificar os materiais que se eletrizam por atrito, quanto à facilidade de trocarem cargas elétricas. Série triboelétrica é portanto o termo utilizado para designar uma listagem de materiais em ordem crescente quanto à possibilidade de perder elétrons.

29. Pele humana secaCouroPele de coelhoVidroCabelo humanoFibra sintética (nylon)LãChumboPele de gatoSedaAlumínioPapelAlgodãoAçoMadeiraÂmbarBorracha duraNíquel, Cobre,Latão, Prata,Ouro, Platina,PoliésterIsoporFilme PVC ('magipack')PoliuretanoPolietileno ('fita adesiva')PolipropilenoVinil (PVC)SiliconeTeflon Séries triboelétricas - + Vidro cabelo Lã Seda Algodão Madeira Âmbar Enxofre Metais Inseto no âmbar Anéis de platina

30. Eletrostática - + Série Triboelétrica ... vidro, lã, pele de ovelha, seda, algodão, âmbar, enxofre, ... Exemplo: Seda x Âmbar Seda x Vidro  Seda (+) e Âmbar (-)  Seda (-) e Vidro (+)

31. Exercício Dada a série triboelétrica: vidro – lã – algodão – enxofre, e estando inicialmente neutros, podemos afirmar que: a) atritando vidro com enxofre, ambos adquirem cargas positivas. b) atritando lã com algodão, ambos adquirem cargas negativas. c) atritando vidro com algodão, o vidro adquire carga negativa e o algodão carga positiva. d) atritando lã com enxofre, a lã adquire carga positiva e o enxofre carga negativa. e) atritando vidro com lã, o vidro adquire carga negativa e a lã carga positiva.

33. PRÍNCIPIO DE CONSERVAÇÃO DA CARGA ELÉTRICA Carga elétrica não se cria, não se perde, apenas se transfere Num sistema eletricamente isolado, a soma das cargas elétricas é constante.

34. Q = 3C Q = -5C 1 2 - - - + + + 1 2 2 + Q ! Q ! 1 + Q Q = Q ! Q ! 2 1 DEPOIS DO CONTATO ANTES DO CONTATO + 2 -2C -1C = Q Q 1 3C+(-5C) = Q ! Q ! = = = 1 2 2 2 2 2 1 Q ! Q ! = -1C =

35. Eletrostática - EXERCÍCIOS 1) (PUC-SP) Duas esferas A e B, metálicas e idênticas, estão carregadas com cargas respectivamente iguais a 16C e 4C. Uma terceira esfera X, metálica e idêntica às anteriores, está inicialmente descarregada. Coloca-se X em contato com A. Em seguida, esse contato é desfeito e a esfera X é colocada em contato com B. Supondo-se que não haja troca de cargas elétricas com o meio exterior, a carga final de X é de: 8 C b) 6 C c) 4 C d) 3 C e) nula

36. Resposta: 1º QA + QX = 16 + 0 = 8C ->Q’A + Q’X= 8C 2 2 2º QB + Q’X = 4 + 8 = 6C ->Q’B + Q’’X= 6C 2 2 Portanto: Q’’X= 6C

38. 2) Duas esferas condutoras idênticas A e B têm cargas elétricas respectivamente iguais a QA = – 4Q e QB = + 14Q. Quais serão suas cargas elétricas finais, após terem sido colocadas em contato? Resolução: Sendo suas cargas elétricas finais Q’A e Q’B iguais, pois eles são idênticos (mesmas dimensões), e pelo princípio da conservação das cargas elétricas, temos: Q’A + Q’B = QA + QB = – 4Q + 14 Q = + 10Q = + 5Q 2 2 2

41. Quantidade de carga elétrica 𝟏𝟎−𝟏𝟗 C 𝟏𝟎−𝟏𝟗 C Onde: Q é a quantidade de carga elétrica N é o número de partículas e eé a carga elementar

42. Exemplo 1 Um corpo neutro ganha 2●1012 elétrons. Qual é a nova carga desse corpo? Q = n ∙𝒆 Q= 2●1012●1,6●10−19 Q= 3,2●𝟏𝟎−𝟕 C -

43. Exemplo 2 Um bloco de ferro inicialmente neutro perde 15●1020 elétrons. Qual é a nova carga desse corpo? Q = n ∙𝒆 Q= 15●1020●1,6●10−19 Q= 24●𝟏𝟎 + Q= 240 C

44. Exemplo 3 Uma esfera está inicialmente com 5●106 prótons em excesso, quando ganha 2●106 elétrons. Qual é a nova carga desse corpo? Q = n ∙𝒆 Q= (+5●106−2●106)●1,6●10−19 Q= +3●𝟏𝟎𝟔●1,6●𝟏𝟎−𝟏𝟗 + Q= 4,8●10−13C

45. Lei de Coulomb Charles Coulomb mediu as forças eléctricas entre duas pequenas esferas carregadas Ele descobriu que a força dependia do valor das cargas e da distância entre elas

46. LEI DE COULOMB Q Q 1 2 F F + + d Q Q 1 - 2 - F F d Q Q 2 1 - F F + d

47. F z K=Constate eletrostática Q Q = . K 1 2 1 K Q Q 1 . . F = 1 2 2 d 2 d K Q Q . . F = 1 2 2 d

48. Q Q K Q Q 2 . 1 . F = d 1 2 + + 2 d 1 Q Q 1 2 K Q Q 14 2d . . F = + + 1 2 d 2 Q Q 1 2 19 K Q Q 3d . . F = + + 1 d 2 3 F = F = 1/4F 1/9F 3 2 1 1

49. Q Q K Q Q 2 1 . . = F d 1 + + d 2 1 Q Q 1 2 Q Q 4.K d/2 . . F = + + 1 d 2 2 Q Q 2 1 9.K Q Q d/3 . . F = + + 1 2 2 d 3 F = F = 4F 9F 3 2 1 1

50. Q Q K Q Q 2 . 1 . F = d 1 2 + + 2 d 1 2Q Q 2 1 2K Q Q d . . + F = + 2 1 2 d 2 3Q Q 2 1 d 3K Q Q + + . . F = 2 1 d 2 3 F = F = 2F 3F 3 2 1 1

51. F F + +

52. Campo elétrico

56. TRABALHO DA FORÇA ELÉTICA Q > 0 q > 0 F + + SENTIDO NATURAL DO DESLOCMENTO  >0 Q > 0 q < 0 F + + SENTIDO NATURAL DO FORÇADO  <0

57. A C B    = = C B A O Trabalho não depende da trajetória.

58. Q q F B d A d A  AB F.d AB = AB  q.K Q.(1 – 1) = AB d d A B

59. Q q F ∞ B d A d A AB 0  q.K Q.(1 – 1) = ∞ A d d A B  q.K .Q Podemos afirmar que esse é o maior trabalho da força elétrica, para deslocar uma carga do ponto A até o infinito = ∞ A d A

60. ENERGIA PONTENCIALELÉTRICA   0 = q.K Q.(1 – 1 ) q.K .Q ∞ A = ∞ A d d A d B A Sendo EpB = 0 por considerar o infinito como referencial  0 E E - = ∞ A P P A B  E q.K .Q E = = ∞ A P P A A d A

62. POTENCIAL ELÉTRICO A grandeza escalar potencial elétrico é definida como a energia potencialelétrica por unidade de carga.Colocando-se uma carga q num ponto A de um campo elétrico de uma carga puntiforme Q, adquire uma energia potencial elétrica EpA. A relação potencial, energia potencial elétrica e carga é:

63. E q.K .Q E = P V A = q P A A d A q.K .Q d E A K .Q = P V = A = d q q A A 1V K .Q 1 joule 1 volt V = = = d A 1coulomb A

64. POTENCIAL DE VÁRIAS CARGAS Q1 d1 Q2 P d2 d3 VP= V1 + V2 + V3 Q3 O POTENCIAL NUMA REGIÃO SOBRE A INFLUÊNCIA DE VÁRIOS CAMPOS É A SOMA DOS POTENCIAIS ELÉTRICOS GERADO POR ESSES CAMPOS

65. DIFERENÇA DE POTENCIAL (U) Q q F B A d AB   E E - q.VA - q.VB = = A B P A P B A B { E = q.VA  P q.(VA - VB) A = A E B = q.VB P B

66. DIFERENÇA DE POTENCIAL (U)  q.(VA - VB) = A B UAB É chamado de diferença de potencial elétrica entre os pontos A e B (ddp) ou tensão elétrica entre os pontos A e B.  AB U = q

67. VARIAÇÃO DO POTENCIAL AO LONGO DE UMA LINHA DE FORÇA Q A B C + Como dA<dB<dc, temos: VA >VB>VC K .Q V = d Percorrendo uma linha uma linha de força no seu sentido, encontramos sempre pontos de menor potencial. VA >VB>VC A B C

68. VARIAÇÃO DO POTENCIAL AO LONGO DE UMA LINHA DE FORÇA Q A B C - Como dA <dB<dc, temos: VA>VB>VC K .Q V = d Percorrendo uma linha de força no seu sentido, encontramos sempre pontos de menor potencial. VA >VB >VC A B C

69. DIFERENÇA DE POTENCIAL NUM CAMPO ELÉTRICO UNIFORME  E q.(VA - VB) = A B F UAB q  q.E.d = A d B q.E.d q.(VA - VB) VA = VB UAB= E.d

70. SUPEFÍCIE EQUIPOTENCIAL Numa superfície equipotencial as linhas de força são sempre perpendiculares às superfícies equipotenciais. VB VA VB VA