Eletrostática

1. Eletrostática Eletricidade

2. CARGA ELÉTRICA A Eletricidade como ciência data de 600 a.C. Os gregos já conheciam a propriedade do âmbar que quando esfregado na pele de um animal adquiria o poder de atrair pedaços de palha.

3. Eletrização de um corpo Para que um corpo esteja eletrizado basta haver a descompensação entre o número de prótons e de elétrons de um corpo. O átomo. Núcleo ( prótons + neutrons) elétrons

4. Eletrização de corpos - Corpo eletrizado negativamente: o número de elétrons é maior que o número de prótons. - Corpo eletricamente neutro: o número de prótons é igual ao número de elétrons. - Corpo eletrizado positivamente: o número de prótons é maior que o número de elétrons.

5. Carga elementar Quantidade de carga de um corpo Q = n.e Q: quantidade de carga, unidade: coulomb [ C ] n: número de elétrons ou prótons e: carga elementar do próton ou elétron Uma das menores cargas encontradas na natureza é a de um elétron. - carga do elétron: - 1,6.10-19C [ coulomb] - carga do próton: + 1,6.10-19C • Obs: • milicoulomb: mC = 10-3 C • microcoulomb: μC = 10-6 C • - nanocoulomb: nC = 10-9 C • - picocoulomb: pC = 10-12 C

6. Exemplos 01.Determine o número de elétrons existentes em uma carga de 1C. 02. É dado um corpo eletrizado com carga elétrica 6,4C. a) A Determine o número de elétrons em falta no corpo. A carga do elétron é de - 1,6.10-19C . b) Quantos elétrons em excesso têm o corpo eletrizado com carga -16nC? 03. Um corpo tem 3.1018 elétrons e 4.1018 prótons . Qual a carga elétrica desse corpo? 04. Um corpo está eletrizado com carga elétrica Q = -8C. O corpo apresenta excesso ou falta de elétrons? Qual o número de elétrons em excesso ou em falta.

7. PrincÍpios da eletrostática Atração e repulsão de cargas elétricas.

8. Principios da eletrostática Atração e repulsão de cargas elétricas.

9. Principios da eletrostática Conservação de cargas elétricas QA QB Q´A Q´B Qtotal =QA +QB QA + QB = Q´A + Q´B

10. exercícios 01. Duas cargas elétricas Q1 e Q2, atraem-se quando colocadas próximas uma da outra. a) O que se pode afirmar sobre os sinais de Q1 e Q2? b) A carga Q1 é repelida por uma terceira carga Q3, positiva. Qual é sinal de Q2? 02. Um corpo A, com carga QA = 8C, é colocada em contato com um corpo B, inicialmente neutro. Em seguida, são afastados um do outro. Sabendo que a carga do corpo B, após o contato, é de 5C, calcule a nova carga do corpo A. 03. Dispõe-se de quatro esferas metálicas idênticas isoladas uma das outras. Três delas, A, B e C, estão descarregadas, enquanto a quarta esfera D, contém carga negativa Q. Faz-se a esfera D tocar, sucessivamente, as esferas A,B e C. Determine a carga final de cada esfera.

11. Processos de eletrização de corpos ATRITO Conclusão: ao final deste processo verifica-se que um dos corpos tende a doar elétrons e o outro a recebê-los, ou seja, um ficará carregado positivamente e outro eletrizado negativamente.

13. contato elétrons Corpo neutro Corpo positivo final Conclusão: ao final deste processo verifica-se que os corpos ficam com o mesmo sinal de carga e atingem o equilíbrio elétrico

14. indução Corpo eletrizado positivamente ( indutor) Corpo eletricamente neutro ( induzido)

15. Corpo eletricamente neutro ( induzido) e e e

16. Conclusão: ao final deste processo verifica-se que os corpos ficam com cargas de sinais opostos.

17. Eletroscópios Instrumentos fabricados para a verificação se um corpo está ou não eletrizado. PÊNDULO ELETROSTÁTICO

18. Eletroscópio de folhas

19. Campo Elétrico de um condutor em equilíbrio eletrostático • Observe um condutor qualquer. Neste caso, o condutor atinge o equilíbrio eletróstático quando não há movimento de cargas elétricas

20. Experiências • 1ª Experiência: esfera oca de Coulomb Estando a esfera eletrizada, nota-se que O bastão não se eletriza ao tocar a parte Interna da esfera.

21. 2ª experiência: hemisférios de Canvendish

25. Conclusões • O campo elétrico no interior de um condutor eletrizado em equilíbrio é nulo. ( E = 0 ) • Na superfície de um condutor eletrizado e em equilíbrio, o campo é normal à superfície e não nulo.

26. Campo elétrico criado por um condutor esférico • Ponto interno E = 0 • Ponto infinitamente próximo

27. Superfície • Externo

28. 01. Consideremos uma esfera condutora de raio 20 cm. Ela se encontra carregada eletrostaticamente com uma carga de 4μC. Determine a intensidade do vetor campo elétrico nos pontos A,B e C, localizados conforme a figura.

29. 02. Determine a intensidade do campo elétrico a uma distância de 20 cm do centro de uma esfera de raio 15 cm, localizada no vácuo carregada com 4 μC. 03. Uma esfera condutora de 0,2m de raio está carregada com uma carga de -6μCe situada no vácuo. Determine a intensidade do campo elétrico nos pontos A, B e C situados respectivamente a 0,1m, 0,2m e 0,6m do centro da esfera E. 04. Num ponto situado a 3m do centro de uma esfera de raio 1m, eletrizada positivamente e localizada no vácuo, o vetor campo elétrico tem intensidade 8.105 N/C. Determine a carga elétrica distribuída na superfície da esfera.

30. Trabalho e Potencial Elétrico • Trabalho de uma força elétrica A força elétrica é uma força conservativa, ou seja, todo trabalho realizado não é perdido e sim armazenado em forma de energia.

31. Trabalho da força elétrica

32. Exercícios

33. 03. Os pontos A, B, C e D estão no campo elétrico de uma carga puntiforme Q fixa. Transportando-se uma carga de prova q de A até B pelo caminho 1, as forças elétricas realizam um trabalho . Determine o trabalho realizado pelas forças elétricas para transportar a mesma carga q de A até B, nas condições anteriores, pelos caminhos 2 e 3.

34. Energia Potencial

35. Como todo trabalho se armazena em forma de energia, esta é a energia potencial elétrica

36. exercícios 01. Num campo elétrico, uma carga de prova é levada de um ponto A à um ponto B muito distante, tendo todas as forças elétricas realizado um trabalho de 100J. Determine a energia potencial elétrica da carga no ponto A.

37. Potencial Elétrico – ( V ) • Potencial elétrico é definido como o trabalho realizado pela força elétrica, por unidade de carga, para deslocá-la de um ponto qualquer ao infinito.

38. Veja: Unidade de medida: volt [V]

39. Exercícios

40. Potencial de várias cargas puntiformes P

41. 01. Determine o potencial de um ponto P situado a 30cm de uma carga -6C. Considere a carga e o ponto P no vácuo. (Dado: k0= 9.109 N.m2/C2) 02. Determine a energia potencial que uma carga de 5C adquire a 10cm de uma carga de 0,2C, fixa, localizada no vácuo. (k0= 9.109 N.m2/C2) 03. Um objeto de pequenas dimensões, com carga elétrica Q, cria um potencial igual a 1000v, num ponto A, a uma distância de 0,10m. Determine o valor do campo elétrico no ponto A . Determine o valor do potencial e do campo elétrico num ponto B, que dista 0,20m do objeto. 04. Duas cargas elétricas puntiformes valendo -8C e 6C, ocupam dois vértices de um triângulo eqüilátero de 0,4m de lado no vácuo. Determine o potencial do outro vértice do triângulo.

42. 05. Duas cargas elétricas puntiformes Q1= 4.10-8 C e Q2= -3.10-8 C, estão localizadas em pontos A e B, separadas por uma distância de 10cm, no vácuo (Dado: k0= 9.109 N.m2/C2). Calcule o potencial no ponto C, no meio, entre A e B, e no ponto D, a 8cm de A e a 6cm de B.  06. Duas cargas puntiformes de valores Q e –3Q estão separadas por uma distancia de 104cm, conforme a figura. O ponto A e pontos infinitamente distantes das cargas têm potencial nulo. Determine, em centímetros, a distância entre a carga –3Q e o ponto A. 07. O potencial elétrico, a uma distância de 3m de uma dada carga elétrica, é de 40V. Se, em dois vértices de um triângulo eqüilátero de 3m de lado, forem colocadas duas cargas iguais a essa, qual o potencial, em volts gerado por essas cargas no terceiro vértice?

43. Diferença de potencial - ddp Também conhecida como tensão, voltagem ou ddp, é utilizada para explicar o movimento das cargas elétricas.

44. Relação entre trabalho e ddp Sabemos que: e Temos: Então:

45. Exercícios 01. Determine o trabalho realizado pela força elétrica para transportar uma carga de 6μC de um ponto A até um ponto B, cujos potenciais são, respectivamente 60V e 40V. • 02. Sobre um suporte isolante encontra-se uma carga Q. Um operador transporta do ponto A, muito distante, para um ponto B, a 18m de Q, uma carga q = 2μC, realizando um trabalho contra a força de campo de 8J. • Determine: • Energia potencial da carga q em A e em B • b) O potencial elétrico em B • c) O valor da carga Q.

46. 03. Num campo elétrico, transporta-se uma carga puntiforme de 2.10-6 C de um ponto x até um ponto y. O trabalho da força elétrica é de –6.10-5J. Determine a ddp entre os ponto x e y e o potencial elétrico de x, adotando-se o ponto y como referência. 04. Determine o trabalho das forças de campo elétrico de uma carga puntiforme Q=5C, para transportar outra carga puntiforme q= 2.10-2C, de um ponto a para outro B, distantes 1m e 2m da carga Q respectivamente. Esse trabalho é a favor ou contra o campo elétrico?

47. Variação do potencial ao longo de uma linha de força A B C Percorrendo uma linha de força no seu sentido, encontramos sempre pontos de menor potencial.

48. Diferença de potencial num campo elétrico uniforme d

49. Exercícios E 02. Na figura estão representados os vetores de um campo elétrico E. A placas paralelas A e B, de potenciais indicados, estão distanciadas 2,0cm. Determine a intensidade do campo elétrico entre as placas.

50. Potencial de um condutor em equilíbrio eletrostático Num condutor em equilíbrio eletrostático, o potencial em qualquer ponto, é constante e igual ao da superfície.