Slides eletrostatica

  • View
    81

  • Download
    8

Embed Size (px)

Text of Slides eletrostatica

  1. 1. ELETRICIDADE Prof. Alves
  2. 2. CARGAS ELTRICAS Por conveno, o prton tem carga eltrica positiva, enquanto o eltron possui carga negativa. O nutron no apresenta carga eltrica. Legenda: nutron prton eltron
  3. 3. FIQUE SABENDO !!! Descobertas: eltron, prton e nutron ELTRON: 1897 Joseph Thomson (ingls, 1856-1940) PRTONS: 1919 Ernest Rutherford (neozelands, 1871-1937) PRTONS: 1919 Ernest Rutherford (neozelands, 1871-1937) NUTRON: 1932 James Chadwick (ingls, 1891-1974)
  4. 4. CORPO NEUTRO E CORPO ELETRIZADO Corpo eletricamente neutro: para cada prton existe um eltron + Corpo eletrizado positivamente: + + existem mais prtons do que eltrons + + - Corpo eletrizado negativamente: -- apresenta mais eltrons do que prtons - ATENO !!! Um corpo neutro adquire carga positiva ao perder eltrons. Se eletriza com carga negativa ao receber eltrons.
  5. 5. A unidade de medida de carga eltrica no SI coulomb (smbolo:C), em homenagem a Charles de Coulomb (francs, 1736-1806). Principais submltiplos do coulomb: milicoulomb ( mC ), onde 1 mC = 103 C microcoulomb ( C ), onde 1 C = 106 C nanocoulomb ( nC ), onde 1 nC = 109 C microcoulomb ( C ), onde 1 C = 10 C nanocoulomb ( nC ), onde 1 nC = 109 C Exemplos a) 2 nC = 2.10-9 C b) 5 C = - 5.10-6 C c) 3,4 mC = 3,4.10-3 C d) 7,2 C = - 7,2.10-6 C
  6. 6. CARGA DE ELTRICA DE UM CORPO A quantidade de carga eltrica (Q) de um corpo dada por: Q = N.e, onde: N=nmero de eltrons (perdidos ou ganhos) e=carga eltrica elementar
  7. 7. FIQUE SABENDO !!! (1) Valor da carga eltrica elementar e = 1,6.1019 C (2) Carga eltrica elementar a menor quantidade de carga eltrica isolada existente na natureza. Em valor absoluto (mdulo) a carga do prton e do eltron so iguais a carga elementar. Ouprton e do eltron so iguais a carga elementar. Ou seja: Carga do prton: + e = + 1,6.1019 C Carga do eltron: - e = 1,6.1019 C (3) A carga eltrica de um corpo quantizada, isto , ela sempre mltiplo inteiro da carga eltrica elementar.
  8. 8. VAMOS RESOLVER !!! 1) Uma rgua de alumnio, inicialmente neutra, perde 50 milhes de eltrons.Determine a carga eltrica por ela adquirida. (Dado: e = 1,6.1019 C) por ela adquirida. (Dado: e = 1,6.1019 C)
  9. 9. Soluo Dados: N = 50.000.000 eltrons = 5.107 eltrons e = 1,6.1019 C Q = + N.eQ = + N.e Q = + 5.107.1,6.1019 Q = + 8.1012 C Resp.: Q = + 8.1012 C
  10. 10. 2) Seja uma esfera de ferro e considere que ela est eletricamente neutra. Caso ela ganhe 200 bilhes de eltrons, qual ser a sua carga ? (Dado: e = 1,6.1019 C)(Dado: e = 1,6.1019 C)
  11. 11. Soluo Dados: N = 200.000.000.000 eltrons = 2.1011 eltrons e = 1,6.1019 C Q = N.eQ = N.e Q = 2.1011.1,6.1019 Q = 3,2.108 C Resp.: Q = 3,2.108 C
  12. 12. 3) Mercrio o elemento qumico de nmero atmico 80 e smbolo Hg. Considerando apenas prtons, nutrons e eltrons, responda: (Dado: e = 1,6.1019 C) a) Qual a carga eltrica do ncleo do tomo de mercrio. b) Qual a carga eltrica de sua eletrosfera ? c) Qual a carga eltrica do tomo em questo.
  13. 13. Soluo Dados: Nmero atmico = 80 (80 prtons e 80 eltrons) e = 1,6.1019 C a) Qncleo = + N.e Qncleo = + 8.10.1,6.1019 Qncleo = + 12,8.1018 C Qncleo = + 1,28.1017 C b) Qeletrosfera = - N.e Qeletrosfera = - 8.10.1,6.1019Qeletrosfera = - 8.10.1,6.1019 Qeletrosfera = - 12,8.1018 C Qeletrosfera = - 1,28.1017 C c) A carga eltrica de um tomo NULA ( Qtomo = zero ) Resp.: a) Qncleo = + 1,28.1017 C b) Qeletrosfera = - 1,28.1017 C c) Qtomo = zero
  14. 14. PRINCPIO DA ATRAO E REPULSO Partculas com cargas eltricas de sinais iguais se repelem, enquanto as partculas eletrizadas com cargas de sinais opostos se atraem.
  15. 15. PROCESSOS DE ELETRIZAO A eletrizao de um corpo inicialmente neutro pode ocorrer: - Por atrito- Por atrito - Por contato - Por induo
  16. 16. Por atrito Corpos de materiais diferentes iniciamente neutros ao serem atritados adquirem cargas eltricas de mesmo mdulo e sinais contrrios.
  17. 17. Por contato Quando dois ou mais condutores so colocados em contato, com pelo menos um deles eletrizado, observa-se uma retribuio da carga eltrica. ATENO!!! Esferas condutoras idnticas (raios iguais) ao serem contactadas adquirem cargas iguais.ao serem contactadas adquirem cargas iguais.
  18. 18. PorPor induoinduo A eletrizao de um condutor neutro pode ocorrer por uma simples aproximao de um outro corpo eletrizado, com o aterramento do neutro. No processo da induo eletrosttica, o corpo induzido ser eletrizado sempre com carga de sinal contrrio ao da carga do indutor.
  19. 19. VAMOS RESOLVER !!! 1)Dois corpos, um de vidro e outro de plstico, so atritados. Inicialmente ambos estavam descarregados eletricamente, ou seja, apresentavam-se neutros. Aps o atrito, o corpo de vidro ficou eletrizado com uma carga de 8 milicoulombs (8 mC).uma carga de 8 milicoulombs (8 mC). a) Qual a carga (em coulomb) adquirida pelo corpo de plstico aps o atrito ? b) O corpo de plstico perdeu ou ganhou eltrons? E o de vidro ?
  20. 20. Soluo O que ocorre quando corpos neutros e de materiais diferentes so atritados que um dos corpos transfere eltrons para o outro. Assim: a) Depois do atrito, o corpo de plstico fica eletrizado com uma carga de 8 mC, ou seja, 8.10-3C. b) Como o corpo de vidro ficou eletrizado positivamenteb) Como o corpo de vidro ficou eletrizado positivamente significa que ele perdeu eltrons para o de plstico, que adquiriu carga negativa. Resp.: a) Q plstico = 8.10-3C b) Corpo de vidro Perdeu eltrons Corpo de plstico Ganhou eltrons
  21. 21. 2) Sejam A e B corpos metlicos.O corpo A encontra-se eletrizado, enquanto o B, neutro. Considerando que tais corpos sero postos em contato: a) Qual o sinal da carga adquirida pelo corpo B aps serem contactados se o A tem carga negativa ? corpo B aps serem contactados se o A tem carga negativa ? b) Caso o corpo A tivesse eletrizado positivamente, qual seria o sinal da carga adquirida pelo corpo B ?
  22. 22. Soluo Verifica-se que corpos condutores, inicialmente um eletrizado e outro neutro, depois de entrarem em contato apresentam cargas de sinais iguais. Assim: a) O corpo B fica eletrizado negativamente porque o corpo A transfere eltrons para ele at que seja estabelecido o equilbrio eletrosttico. b) O corpo B fica eletrizado positivamente porque ele transfere eltrons para o corpo A at que seja estabelecido o equilbrio eletrosttico. Resp.: a) Corpo B: carga negativa b) Corpo B: carga positiva
  23. 23. 3) Uma esfera A com carga 15nC faz contato com a esfera B, com carga de 7nC. Sendo informado que as esferas em questo so idnticas e metlicas, determine, em coulomb, as cargas de cadaem coulomb, as cargas de cada esfera aps o contato.
  24. 24. Soluo Se esferas condutoras e idnticas forem contactadas, ento suas cargas sero iguais depois do contato. 15nC 7nC q q Qtotal final = Qtotal inicial q + q = 15 7 2q = 8 q + q = 15 7 2q = 8 q = 8/2 q = 4 nC q = 4.10-9C Resp.: Esfera A: carga 4.10-9C Esfera B: carga 4.10-9C
  25. 25. LEI DE COULOMB Em 1785, Coulomb formulou a lei que rege as interaes entre partculas eletrizadas.
  26. 26. A intensidade da fora de interao eletrosttica (fora eltrica:Fe) entre duas partculas eletrizadas dada pela frmula: Fe = K.IQI.IqI d2 onde, K: constante eletrosttica do meio IQI e IqI: mdulos das cargasIQI e IqI: mdulos das cargas d: distncia entre as partculas ATENO !!! A intensidade da fora eltrica diretamente proporcional ao produto dos mdulos das cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distncia entre as partculas.
  27. 27. VAMOS RESOLVER !!! 1) Sejam duas partculas eletrizadas com cargas Q=2C e q=3nC.Tais esferas esto no vcuo e a distncia entre elas 1 metro. Calcule a intensidade da fora eltrica que uma carga exerce sobre aeltrica que uma carga exerce sobre a outra. Dado: Constante eletrosttica do vcuo (K) = 9.109 N.m/C
  28. 28. Soluo Dados: IQI = 2C = 2.10-6 C IqI = 3nC = 3.10-9 C d = 1 m K = 9.109 unidades do SI Pela Lei de Coulomb: Fe = K.IQI.IqI d2d2 Fe = 9.109.2.10-6.3.10-9 12 Fe = 54.10-6 N Fe = 5,4.10-5 N Resp.: Fe = 5,4.10-5 N
  29. 29. 2) Na tabela temos informaes sobre cargas eltricas pontuais (ou puntiformes) localizadas no vcuo e a distncia entre cada par de cargas. Por sua vez, F1, F2 e F3 correspondem aos mdulos das foras de interao eletrosttica entre cargas Q e q, 3Q e 5q e Q e q, respectivamente. Cargas Distncia Fora eltrica a) Compare F2 e F1. b) Compare F3 e F1. Q e q d F1 3Q e 5q d F2 Q e q 2d F3
  30. 30. Soluo Com base na Lei de Coulomb, Fe = K.IQI.IqI , temos: d2 F1 = K.Q.q d2 a) F2 = K.3Q.5q = 15. K.Q.q = 15.F1 , ou seja, F2=15.F1 d2 d2 b) F3 = K.Q.q = K.Q.q = 1. K.Q.q = 1.F1 , isto , F3 = 1.F1 (2d)2 4d2 4 d 4 4 Resp.: a) F2 15 vezes maior do que F1. b) F3 a quarta parte de F1.
  31. 31. QUESTO ENEM Chama-se carga eltrica elementar, indicada por e, a menor quantidade de carga eltrica isolada existente na natureza. Em mdulo, as cargas do prton e do eltron so iguais a carga elementar e. O valor da carga eltrica elementar (e = 1,6.1019 C) foi determinado por Robert Millikan (norte-americano, 1868-1953) em 1909. Por esse brilhante trabalho experimental Millikan foi laureado com o Premio Nobel de Fsica de 1923. Na dcada de 1960 Murray Gell-Mann (norte-americano, n. 1929) - Prmio Nobel de Fsica de 1969 por seus estudos sobre partculas subatmicas - levantou a hiptese da existncia do quarks. Os quarks so partculas elementares (experimentalmente detectadas a partir da dcada de 1970) formadoras dos prtons e dos nutrons. Apesar de existirem 6 tipos de quarks, somente os quarks up e down entram naexistirem 6 tipos de quarks, somente os quarks up e down entram na composio de prtons e nutrons. O prton formado por dois quarks up e um quark down, por sua vez em cada nutron h um quark up e dois quarks up. A partir dessas informaes, correto concluir, com relao carga elementar e, que