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ELETRICIDADEELETRICIDADE
• É o ramo da Física que estuda os fenômenos relacionados às Cargas Elétricas.
a) Eletrostática - estuda as Cargas Elétricas em repouso.
b) Eletrodinâmica – estuda as Cargas Elétricas em movimento.
c) Eletromagnetismo - estuda os fenômenos que relacionam o Campo Elétrico e o Campo Magnético.
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aproxime de pedaços de papel ou de cortiça.
Atrite o pente, ou a caneta, com um pedaço de pano, ou lã, ou seda;
Verá que o pente, ou a caneta, depois de atritado, atrai aqueles corpos leves.
Com essa observação simples concluímos que o pente ou a caneta, quando atritado, adquire uma propriedade nova, que não possui quando não é atritado.
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O fenômeno da atração, foi descoberto com o âmbar, mais ou menos há 25 séculos, pelo filósofo grego Tales, da cidade de Mileto.
Observou que o âmbar, depois de atritado, adquire a propriedade de atrair corpos leves. Essa observação de Tales permaneceu isolada.
Contexto H
istóric
o
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No século XVI, William Gilbert, médico da rainha Izabel da Inglaterra, descobriu que muitos outros corpos, quando atritados, adquirem a
propriedade de atrair corpos leves, isto é, se comportam como o âmbar.
Para indicar que esses corpos estavam se comportando como o âmbar, Gilbert diziam que estavam eletrizados. Isso porque em grego o âmbar se chama electron, e com a palavra eletrizada ele queria dizer "do mesmo modo que o electron". E à causa dessa propriedade que aparece quando os corpos são atritados, à qual Gilbert não conhecia, ele chamou eletricidade. Até hoje mantemos essas expressões: chamamos corpo eletrizado àquele que está com a propriedade de atrair outros corpos, isto é, que manifesta eletricidade. E chamamos corpo neutro àquele que não está eletrizado.
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Desde que começaram os estudos de Eletrostática, os homens se preocuparam por saber qual seria a natureza da eletricidade. A primeira teoria a esse respeito foi formulada por Benjamin Franklin .
É conhecida como teoria do fluido único. Admitia que todo corpo possuísse certa quantidade de um fluido indestrutível, associado a matéria em maior ou menor quantidade. Um corpo em estado neutro teria uma quantidade desse fluido elétrico que era chamada a quantidade normal de fluido para esse corpo. Se o corpo tivesse excesso desse fluido estaria eletrizado positivamente. Se tivesse falta, estaria eletrizado negativamente .
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Posteriormente se criou a teoria dos dois fluidos. Consistia em admitir que em todos os corpos existissem, em quantidades praticamente ilimitadas, dois fluidos elétricos: um positivo, outro negativo. Os fluidos de mesma espécie se repeliriam, e os de espécies diferentes se atrairiam. Um corpo estaria eletrizado positiva ou negativamente de acordo com o excesso de um fluido sobre o outro .
"Atualmente, tomando como ponto de partida que os elétrons e os prótons são partículas materiais dotadas de carga elétrica, nós conseguimos explicar quase a totalidade dos fenômenos elétricos conhecidos”.
As idéias atuais a respeito da eletricidade só puderam surgir depois que os físicos começaram a desconfiar da existência do elétron, em fins do século XIX, e pouco tempo depois vieram a confirmar a sua existência.
Thomson Rutherford Schrodinger
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ELETROSTÁTICA
Teoria atômica moderna :
A matéria é constituída por átomos, e estes por sua vez são formados por elétrons, prótons e nêutrons. Descobriu-se que os elétrons e os prótons possuem carga elétrica, e que os nêutrons não.
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Carga elétrica nada mais é do que uma propriedade existente entre prótons e elétrons que possibilita a ocorrência de interação entre eles. Lembre-se que ocorre interação entre dois corpos quando eles trocam forças entre si, ou seja, quando um aplica força sobre o outro.
Existem dois tipos de cargas, e decidiram chamar uma de positiva (+) e outra de negativa ( - ) , somente para diferenciá-las. Adotaram a carga positiva para o tipo de carga do próton e negativa para o tipo de carga do elétron .
Constatou-se também que a interação entre estas cargas acontece da seguinte maneira: cargas de mesmo sinal se repelem enquanto cargas de sinais opostos se atraem
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CORPOS ELETRIZADOS
A carga elétrica de um Próton ou de um Elétron é chamada de carga elétrica elementar, sendo representada por e; no Sistema Internacional, seu valor é:
e = ±1,6 . 10-19 coulomb = 1,6 . 10-19 C
De modo geral os corpos são formados por um grande número de átomos. Como a carga de cada átomo é nula, a carga elétrica total do corpo também será nula e diremos que o corpo está neutro .
np=ne corpo neutro
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No entanto é possível retirar ou acrescentar elétrons de um corpo, por meio de processos que veremos mais adiante. Desse modo o corpo estará com um excesso de prótons ou de elétrons; dizemos que o corpo está eletrizado
np>ne corpo eletrizado positivamente (falta de elétrons)
np<ne corpo eletrizado negativamente (excesso de elétrons)
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EXEMPLO :
Um corpo está eletrizado com 1C, quantos elétrons ele tem em falta?
Q = n.e
Carga elétrica num corpo (Q)
É a grandeza Física associada á quantidade de eletricidade presente num corpo, e pode ser calculada por:
Q = n.e
n - número de elétrons em excesso ou em falta num corpo e = 1,6 . 10-19 coulomb = 1,6 . 10-19 C
1c = n.1,6 .10 -19
n = 6,25.10 18 elétrons
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1 Coulomb(6,25.10 18 elétrons) , é uma quantidade de carga muito grande aproximadamente seis quintilhões de elétrons .Seria praticamente impossível manter essa quantidade de carga sob controle,caso estivesse concentrada numa região muito pequena . Frequentemente as cargas elétricas dos corpos é muito menor do que 1 Coulomb. Assim usamos submúltiplos. Os mais usados são:
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Há materiais , que no seu interior os elétrons podem se mover com facilidade. Tais materiais são chamados condutores elétricos. Um caso de interesse especial é o dos metais. Nos metais, os elétrons mais afastados dos núcleos estão fracamente ligados a esses núcleos e podem se movimentar facilmente. Tais elétrons são chamados elétrons livres.
Exemplos:
CONDUTORES E ISOLANTES
Ouro, prata, cobre ferro, alumínio....
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Exemplos:
Há materiais , que no seu interior os elétrons têm grande dificuldade de se movimentar, eles estão fortemente ligados aos átomos. Dizemos que o material não é um bom condutor elétrico, ou seja, é um isolante elétrico ( também chamado de dielétrico).
Borracha , plástico , isopor , ebonite , vidro , lã ...
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É possível, produzir separação de cargas elétricas por meios de processos de eletrização como atrito e indução, entre certas espécies de materiais, Esse processo de separação de cargas pode ser observado em muitas situações do cotidiano .
Porque um corpo se eletriza?
Os raios que aparecem durante as tempestades são grandes movimentos de cargas elétricas da Terra para as nuvens ou das nuvens para a Terra. Essas grandes quantidades de cargas nas nuvens são produzidas por atrito das gotículas de água com o ar.
No inverno, num dia em que o ar está muito seco ao manusearmos agasalhos de lã ou de fios sintéticos, podemos ouvir estalidos e, ainda observar faíscas saltando entre fios que foram eletrizados por atrito.
Nas tecelagens e nas fábricas de papel jornal, o tecido ou o papel passam
pelos rolos metálicos das máquinas provocando, por atrito ,o aparecimento
de cargas elétricas.Para evitar esse perigo,lança-se vapor de água no
ambiente,o que acarreta a deposição de finíssima camada de gotículas de
água sobre as peças que se atritam.Essa película retira as cargas de
eletrização,reduzindo os perigos de faíscas indesejáveis.
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O perigo da ocorrência de faíscas causadas por descargas elétricas existe nas refinarias de petróleo ,em certas industrias de materiais inflamáveis e mesmo em hospitais , nas salas de cirurgia , já que a maioria dos anestésicos gera vapores altamente explosivos.
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O atrito da fuselagem de um avião com o ar produz a eletrização , para o escoamento dessas cargas durante o vôo existem nas asas pequenos fios metálicos.No abastecimento de um avião , o mesmo é conectado à terra para que possíveis cargas elétricas existentes na sua fuselagem sejam escoadas ,evitando pequenas descargas que poderiam explodir o combustível que está sendo introduzido no seu tanque.
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Quando a gasolina é transportada em caminhões, o chacoalhar da gasolina, faz com que ela se atrite com as paredes do caminhão, pode gerar carga elétrica. Quando uma pessoa toca com as mãos a válvula para descarregar a gasolina, pode saltar uma faísca que produzirá a combustão do vapor de gasolina. Para evitar isso, esses caminhões mantêm uma corrente metálica se arrastando no chão. Essa corrente conduz para a terra qualquer carga elétrica que se possa gerar. Por isso, antes de descarregarem o combustível nos postos, são aterrados. Nos lugares muito secos, isto é, onde há pouco vapor d'água no ar, é perigoso limpar-se roupa atritando-a com um pano embebido em gasolina, porque o atrito pode gerar cargas elétricas, que podem dar faíscas, que por sua vez podem incendiar os vapores de gasolina.
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ELETRIZAÇÃO POR ATRITO (Esfregação)
PROCESSOS DE ELETRIZAÇÃO
Quando atritamos (esfregamos) dois corpos feitos de materiais diferentes, pode ocorrer passagem de elétrons de um corpo para outro, de modo que o corpo que perdeu elétrons fica eletrizado positivamente enquanto o corpo que ganhou elétrons fica eletrizado negativamente.
Experimentalmente obtém-se uma série, denominada série triboelétrica que nos informa qual corpo fica positivo e qual fica negativo. A seguir apresentamos alguns elementos da série:
Observação:Nem todo par de corpos se eletriza. É preciso que eles tenham diferentes tendências para reter ou ceder elétrons.
... Vidro, mica, lã, pele de gato, seda, algodão, ebonite, cobre ...
Seqüência crescente
maior capacidade de doar elétrons
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1 ) Considere um bastão de vidro atritado em um pedaço de lã . O vidro aparece antes da lã na série triboelétrica.
Exemplos de eletrização por atrito
Portanto o vidro fica positivo e a lã negativa, isto é, durante o atrito, o vidro transfere elétrons para a lã.
2 ) Porém, se atritarmos a lã com um bastão de ebonite, como a lã aparece na série triboelétrica antes que a ebonite, a lã ficará positiva e a ebonite ficará negativa isto é , durante o atrito , a lã transfere elétrons para a ebonite
Os corpos eletrizados por atrito, ficam eletrizados com cargas elétricas de mesmo módulo, mas de sinais contrários.
... Vidro, mica, lã, pele de gato, seda, algodão, ebonite, cobre ...
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ELETRIZAÇÃO POR CONTATO ELETRIZAÇÃO POR CONTATO
Consideremos um condutor A , eletrizado negativamente e um condutor B , inicialmente neutro .
Se colocarmos os condutores em contato, uma parte dos elétrons em excesso do corpo A irão para o corpo B.
Os dois corpos ficam eletrizados com carga de mesmo sinal.
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O fato de o corpo C estar carregado positivamente significa que perdeu elétrons, isto é, está com excesso de prótons.
Suponhamos agora um condutor C carregado positivamente e um condutor D inicialmente neutro .
Ao colocarmos em contato os corpos C e D, haverá passagem de elétrons do corpo D para o corpo C , de modo que no final, os dois corpos estarão carregados positivamente .
Observações :1 ) Na eletrização por contato, os corpos ficam eletrizados com cargas de mesmo sinal.
2 )A soma algébrica das cargas elétricas deve ser a mesma antes, durante e após o contato.(Lei Du Fay)
3 ) A proporção de carga elétrica no final, em cada condutor, depende da forma, das dimensões e do meio que envolvem esse condutor.
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Ao se ligar um condutor eletrizado à Terra , ele perde sua eletrização ou seja ele se neutraliza. A Terra é muito maior que os condutores com que usualmente trabalhamos, a carga elétrica do condutor, após o contato, é praticamente nula .
Ligação à Terra ( Aterramento - fio Terra ))
EXEMPLOS
O condutor positivamente eletrizado, ao ser ligado á Terra, perde sua eletrização em virtude da subida de elétrons provenientes da Terra.
O condutor negativamente eletrizado, ao ser ligado á Terra, perde sua eletrização em virtude da descida de elétrons provenientes do corpo .
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A Terra é um grande doador e receptor de elétrons. Se você encostar um corpo que tenha excesso de elétrons na terra, ela receberá os elétrons excedentes, fazendo com que o corpo fique neutro. Mas se você encostar um corpo que tenha falta de elétrons, a terra "dará" ao corpo os elétrons necessários para que o corpo fique neutro novamente. Esta é a função do fio terra existente em muitos aparelhos eletrônicos. Portanto a terra neutraliza os corpos carregados que entram em contato com ela.
Em resumo
http://www.giamar.com.br/textos_dados_tecnicos/choque_fogo_desperdicio/procobre.swf
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1) Aproximemos o condutor A carregado negativamente e um condutor B inicialmente neutro , mas sem colocá-los em contato.
ELETRIZAÇÃO POR INDUÇÃO
4) Se desfizermos a ligação com a Terra e em seguida afastarmos novamente os corpos, as cargas positivas de B espalham-se por sua superfície.
Fenômeno de separação de cargas elétricas em um condutor pela simples presença de um outro condutor eletrizado.
2) A presença do corpo eletrizado A provocará uma separação de cargas no condutor B (que continua neutro). Essa separação é chamada de indução.
3) Se ligarmos o condutor B à Terra , as cargas negativas, repelidas pelo corpo A escoam-se para a Terra e o corpo B fica carregado positivamente.
No processo de eletrização por indução, o condutor induzido e o
condutor indutor ficam eletrizados com cargas elétricas de sinais contrários.
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INDUÇÃO EM ISOLANTES
Repetimos a situação, em que o corpo B ( condutor) está neutro, mas apresentando uma separação de cargas. As cargas positivas de B são atraídas pelo corpo A enquanto as cargas negativas de B são repelidas por A . Porém, a distância entre o corpo A e as cargas positivas de B é menor do que a distância entre o corpo A e as cargas negativas de B. Assim, pela Lei de Coulomb, o que faz com que a força resultante seja de atração.
De modo geral, durante a indução, sempre haverá atração entre o corpo eletrizado (indutor) e o corpo neutro (induzido).
Quando um corpo eletrizado A aproxima-se de um corpo B, feito de material isolante, os elétrons não se movimentam como nos condutores, mas há, em cada molécula, uma pequena separação entre as cargas positivas e negativas, denominada polarização. Verifica-se que também neste caso o efeito resultante é de uma atração entre os corpos .
A B
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Eletroscópios:Dispositivos destinados a verificar, se um corpo está ou não eletrizado.
Um eletroscópio simples é o pêndulo elétrico. É constituído por uma haste de suporte e por um fio de seda com uma bola de isopor ou outro material adequado na sua extremidade.
As imagens seguintes descrevem a sucessão de fases de uma experiência eletrostática.
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Basicamente, é constituído por um frasco de vidro e duas leves folhas metálicas presas a um bastão metálico em ligação com o exterior da garrafa.
Eletroscópio de folhas
As imagens seguintes descrevem a sucessão de fases de uma experiência eletrostática
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