Estrutura atmica Principais caractersticas dos tomos Cada tomo
composto de um ncleo positivamente carregado, rodeado por eltrons
negativamente carregados. Os eltrons de todos os tomos so idnticos.
Cada um deles possui mesma quantidade de carga negativa e a mesma
massa. Prtons e nutrons constituem o ncleo. Os prtons so cerca de
1800 vezes mais massivos do que os eltrons, mas carregam consigo a
mesma quantidade de carga positiva que os eltrons possuem de carga
negativa. Os nutrons possuem uma massa ligeiramente maior do que a
dos prtons e no possuem carga eltrica. Normalmente, os tomos
possuem o mesmo nmero de prtons e eltrons, de modo que possuem
carga eltrica lquida nula (tomo neutro).
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Estrutura atmica Exemplo: O modelo de um tomo de hlio. O ncleo
atmico formado por dois prtons e dois nutrons. Os prtons
positivamente carregados atraem os dois eltrons negativamente
carregados. A carga lquida deste tomo vale zero e, portanto, este
tomo est eletricamente neutro.
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Propriedade Fsica Os prtons e os eltrons so portadores de carga
eltrica.
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Carga elementar e Quantidade de Carga Eltrica 1 carga eltrica
elementar (e) = 1,6 x 10 -19 C (Coulomb). A quantidade de carga
eltrica de um corpo dada pela expresso: Q = +/- n. e Onde: Q
quantidade de carga eltrica. e carga eltrica elementar +/- nmero de
prtons ou eltrons em excesso
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Corpos neutros e corpos eletrizados Os objetos materiais so
formados por tomos, o que significa que eles so constitudos de
eltrons e prtons (e nutrons). Um objeto neutro possui mesmo nmero
de eltrons e prtons. Um corpo eletrizado (ou eletricamente
carregado) apresenta um desequilbrio nos nmeros de prtons e
eltrons.
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Corpos neutros e corpos eletrizados Corpo negativamente
carregado: nmero de eltrons superior ao nmero de prtons. Corpo
positivamente carregado: nmero de prtons superior ao nmero de
eltrons.
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Corpo eletricamente neutro Corpo eletrizado positivamente Corpo
eletrizado negativamente
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PRINCPIO FUNDAMENTAL DA ELETROSTTICA Corpos de sinais iguais se
repelem. Corpos de sinais diferentes se atraem.
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Condutores e isolantes
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Nos condutores, um ou mais dos eltrons das camadas mais
externas desses tomos no esto firmemente presos aos ncleos. Estes
eltrons so tambm chamados de eltrons livres. Em outros materiais,
borracha e vidro, por exemplo, os eltrons esto firmemente ligados
aos ncleos. Estes materiais so chamados de isolantes.
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Processos de eletrizao Eletrizao o processo no qual um corpo,
inicialmente neutro, eletrizado. Neste processo os eltrons so
adicionados ou removidos de um corpo. Existem trs processos de
eletrizao: Atrito, contato e induo.
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Processos de eletrizao Eletrizao por atrito Ocorre quando
atritamos dois corpos de substncias diferentes (ou no),
inicialmente neutros, e haver transferncia de eltrons de um corpo
para o outro, de tal forma que um corpo fique eletrizado
positivamente (cedeu eltrons), e outro corpo fique eletrizado
negativamente (ganhou eltrons)
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Processos de eletrizao Ex: L e vidro Ao final do processo temos
dois corpos eletrizados. O vidro carregado positivamente e a l
negativamente. Inicialmente a l e o vidro esto neutros e, portanto,
em cada objeto encontramos o mesmo nmero de prtons e eltrons. Ao
atritar os dois objetos os eltrons so transferidos do vidro para a
l.
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Processos de eletrizao Eletrizao por contato Ocorre quando um
corpo eletrizado colocado em contato com um corpo neutro. O excesso
de carga do corpo eletrizado distribudo entre os dois corpos.
Quando os dois corpos possuem as mesmas dimenses, a carga
igualmente distribuda.
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Processos de eletrizao Eletrizao por contato Exemplo 1: Corpo
eletrizado negativamente Corpo A (Eletrizado Negativamente) Corpo B
(neutro) O sinal negativo representa o excesso de eltrons no corpo
A. A B
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B Processos de eletrizao Eletrizao por contato Exemplo 1: Corpo
eletrizado negativamente Os eltrons em excesso do corpo A so
transferidos para o corpo B at que ambos possuam a mesma carga
eltrica (corpos idnticos). A Ao final do processo temos dois corpos
eletrizados com cargas de sinais iguais.
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Processos de eletrizao Eletrizao por contato Exemplo 2: Corpo
eletrizado positivamente Corpo A (Eletrizado positivamente) Corpo B
(neutro) O sinal positivo representa o excesso de prtons no corpo
A. A B O corpo B possui o mesmo nmero de prtons e eltrons.
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Processos de eletrizao Eletrizao por contato Exemplo 2: Corpo
eletrizado positivamente Quando o contato estabelecido entre os
dois corpos, os eltrons de B so transferidos para A. Cada eltron
transferido de B neutraliza um prton em excesso de A A B
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Processos de eletrizao Eletrizao por contato Exemplo 2: Corpo
eletrizado positivamente Quando o contato estabelecido entre os
dois corpos, os eltrons de B so transferidos para A. Cada eltron
transferido de B neutraliza um prton em excesso de A. A Ao final do
processo temos dois corpos eletrizados com cargas de sinais iguais.
B Cada eltron neutraliza um prton.
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Processos de eletrizao Eletrizao por Induo Quando um objeto
negativamente carregado colocado prximo a uma superfcie condutora,
os eltrons se movimentam pela superfcie do material, mesmo no
havendo contato fsico. Basto carregado negativamente Os eltrons
livres da esfera condutora se movimentam devido a repulso eltrica.
Este o princpio utilizado na eletrizao por induo
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Processos de eletrizao Eletrizao por Induo Considere duas
esferas metlicas que estejam se tocando, de modo que efetivamente
formem um nico condutor no-eletrizado. Sendo assim, as esferas
possuem o mesmo nmero de eltrons e prtons. Quando um basto
negativamente eletrizado trazido para perto das esferas, os eltrons
livres se movimentam devido repulso eltrica. 4 eltrons em excesso 4
prtons em excesso
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Processos de eletrizao Eletrizao por Induo Quando um basto
negativamente eletrizado trazido para perto das esferas, os eltrons
livres se movimentam devido repulso eltrica. Se as esferas forem
separadas com o basto ainda presente, elas ficaro igualmente
carregadas, mas com cargas de sinais opostos. 4 eltrons em excesso
4 prtons em excesso
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Processos de eletrizao Eletrizao por Induo aterramento possvel
eletrizar uma nica esfera por induo se a tocarmos enquanto as
cargas encontram-se separadas. O basto carregado positivamente
provoca a separao de cargas na esfera Ao tocar a esfera, eltrons so
transferidos. Ao final do processo a esfera possui excesso de
eltrons.
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Processos de eletrizao Eletrizao por Induo aterramento Este
processo pode ser realizado com um fio ligado terra (aterramento).
Os eltrons sero transferidos da terra para a esfera se o fio for
ligado do lado positivo. Logo, a esfera ficar carregada
negativamente. Os eltrons sero transferidos da esfera para a terra
se o fio for ligado do lado negativo. Logo, a esfera ficar
carregada positivamente.
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Os raios
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Uma nuvem pode ser eletrizar a partir das colises entre as
partculas que a constitui. Experincias realizadas com bales mostram
que as nuvens de tempestades (responsveis pelos raios) apresentam,
geralmente, cargas eltricas positivas na parte superior e negativas
na inferior. Ao passar nas proximidades da superfcie terrestre, a
nuvem induz cargas de sinal contrrio.
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Os raios Ao passar nas proximidades da superfcie terrestre, a
nuvem induz cargas de sinal contrrio. O raio ou descarga eltrica
constitudo de eltrons que, neste caso, so transferidos da nuvem
para a superfcie terrestre.
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Os raios Descarga eltrica da nuvem para o solo
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Conceito e Matemtica
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Como uma carga sabe que a outra est l? Mesmo distncia, elas se
atraem ou se repelem. Ainda no foi descoberto nada material entre
elas. F EL
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Para responder isso, dois esclarecimentos: Outras dimenses no
coisa de filme de fico cientfica. Analogia: garotos jogando bolinha
de gude...
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Analogia das Bolinhas de Gude Um rapaz observa da janela de um
prdio....
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...um menino jogar bolinhas de gude num tanque de areia.
Analogia das Bolinhas de Gude
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Ele percebe que as bolinhas so REPELIDAS por certos lugares e
ATRADAS por outros. Qual a explicao para isso? Qual a explicao para
isso? Analogia das Bolinhas de Gude
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Simples! Morros e buracos na areia, e a atrao da gravidade!
Analogia das Bolinhas de Gude
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Atravs do qu as cargas percebem-se umas s outras? Deformaes no
espao-tempo em outras dimenses. CAMPOS ELTRICOS Essas deformaes so
chamadas CAMPOS ELTRICOS.
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Calculando o campo eltrico. Q est gerando um campo eltrico. q
est recebendo este campo. Se trocarmos q por 5C, qual ser a fora
que receber devido ao MESMO campo, no mesmo local? + + F EL = 10 N
q = 4C Q No use regra-de-trs!
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Calculando o campo eltrico. O campo eltrico gerado por Q produz
10N para 4C, ou seja, 10N 4C = 2,5N/C. Dizemos que o campo eltrico
E = 2,5N/C. Logo, com 5C, teremos 52,5 = 12,5N de fora sobre q. + +
F EL = 12,5 N q = 5C Q Logo, campo eltrico E = F/q q est recebendo
o campo. Logo, campo eltrico E = F/q q est recebendo o campo.
E=2,5N/C
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Calculando o campo eltrico. O campo existe mesmo sem q no
local. uma grandeza vetorial. +Q E=2,5N/C E = F/q F = kQq/d E =
kQ/d Ento: E = kQ/d Q a carga que gera o campo.
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Soma de campo eltrico. + Para saber a direo do campo das cargas
Q, pense numa carga q de teste positiva. Se o ngulo for 90 o, o
campo resultante obtido por Pitgoras. Se no: E R = E 1 + E 2 + 2E 1
E 2 cos - E2E2 E1E1 ERER
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Conceito e Matemtica
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Energia potencial elstica. Quando esticamos o elstico,
guardamos energia nele. A energia transferida para o carrinho, que
ganha velocidade.
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Energia potencial ELTRICA Como um elstico esticado, duas cargas
tambm guardam energia. A energia potencial eltrica dada por E P =
kQq/d F EL
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Tambm conhecido como POTENCIAL ou TENSO. Conceito e
Matemtica
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Calculando a voltagem. Q est gerando um campo eltrico. q est
recebendo este campo. Por causa disso, q possui certa ENERGIA E P.
Se trocarmos q por 3C, qual ser a energia que ter devido ao MESMO
campo, no mesmo local? + + E P = 20 J q = 5C Q No use
regra-de-trs!
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Calculando a voltagem. O campo eltrico gerado por Q produz 20J
para 5C, ou seja, 20J 5C = 4J/C. Dizemos que o POTENCIAL naquele
ponto U = 4J/C ou 4Volts. Logo, com 3C, teremos 34 = 12J de energia
em q. + + F EL = 12,5 N q = 5C Q Logo, campo eltrico U = E P /q q
est recebendo o campo. Logo, campo eltrico U = E P /q q est
recebendo o campo. U = 4V
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Voltagem = POTENCIAL. O potencial existe mesmo sem q no local.
uma grandeza escalar. negativo se Q for negativo. +Q U = 4V U = E P
/q E P = kQq/d U = kQ/d Ento: U = kQ/d Q a carga que gera o
campo.
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Exerccios: Dois corpos, A e B, de materiais diferentes,
inicialmente neutros, so atritados entre si, isolados de outros
corpos. Aps o atrito: a) ambos ficam eletrizados negativamente. b)
ambos ficam eletrizados positivamente. c) um fica eletrizado
negativamente e o outro continua neutro. d) um fica eletrizado
positivamente e o outro continua neutro. e) um fica eletrizado
positivamente e o outro, negativamente.
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Quatro esferas metlicas idnticas (A, B, C e D) esto isoladas
uma das outras. As esferas A, B e C esto neutras e a esfera D
possui carga Q. As cargas finais de D se entrar em contato: i)
sucessivo com A, B e C e ii) simultneo com A, B e C,
respectivamente, so: a.Q/4 e Q/4 b.Q/4 e Q/8 c.Q/2 e Q/2 d.Q/8 e
Q/4 e.Q/8 e Q
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Trs esferas condutoras idnticas I, II e III tm,
respectivamente, as seguintes cargas eltricas: 4.q, -2.q e 3.q. A
esfera I colocada em contato com a esfera II e, logo em seguida,
encostada esfera III. Pode-se afirmar que a carga final da esfera I
ser: a.q b.2q c.3q d.4q e.5q
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Durante uma aula de Fsica, o Professor Carlos Heitor faz a
demonstrao de eletrosttica que se descreve a seguir. Inicialmente,
ele aproxima duas esferas metlicas, R e S, eletricamente neutras,
de uma outra esfera isolante, eletricamente carregada com carga
negativa, como representado na Figura I. Cada uma dessas esferas
est apoiada em um suporte isolante. Em seguida, o professor toca o
dedo, rapidamente, na esfera S, como representado na Figura II.
Isso feito, ele afasta a esfera isolante das outras duas esferas,
como representado na Figura III. Considerando-se essas informaes,
CORRETO afirmar que, na situao representada na Figura III, A) a
esfera R fica com carga negativa e a S permanece neutra. B) a
esfera R fica com carga positiva e a S permanece neutra. C) a
esfera R permanece neutra e a S fica com carga negativa. D) a
esfera R permanece neutra e a S fica com carga positiva.
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Duas cargas eltricas puntiformes esto separadas por uma
distncia d. Esta distncia alterada at que a fora entre as cargas
fique quatro vezes maior. A nova separao entre as cargas de: a) 4d
b) 2d c) 0,5d d) 0,25d e) 3d
