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Formas de Eletrização1 - Fricção:
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Formas de Eletrização
1 - Fricção:
2 - Indução:
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Polarização
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Resumo
Partícula Carga [C] Massa [kg]Elétron
Proton
Neutron
Propriedade das Cargas
1. Existem dois tipos de cargas que são positivas (prótons) e negativas (elétrons)
2. Cargas de mesmo sinal se repelem enquanto que de sinais contrários se atraem
3. A quantidade de cargas positivas em um corpo é sempre igual a quantidade de negativas (neutralidade dos corpos)
4. As cargas sempre se conservam
5. A carga elétricas é uma grandeza física quantizável, ou seja um corpo terá sempre um número inteiro de cargas elementares sendo a carga elementar igual a e
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Lei de Coulomb▪A lei de Coulomb estabelece uma relação entre a força de interação entre cargas elétricas com a distancia que as separa. Essa relação nos diz que, para corpos microscópicos força de interação é proporcional ao inverso do quadrado da distância e ao produto das cargas elétricas.
▪Para corpos macroscópicos essa lei é mais complexa e a força passa a depender da geometria dos corpos.
▪ A forma dos corpos deixa de influenciar na interação se a distância entre os corpos é muito maior que as dimensões lineares dos corpos. Portanto a lei de Coulomb só se aplica a cargas pontuais.
▪Define-se como carga pontual a carga contida em um corpo que não possui dimensão, ou seja, quando as dimensões lineares desse corpo podem ser desprezadas em comparação com as distâncias de separação.
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Sistemas de unidade de medida▪Os sistema de unidade de medidas tem suas unidades divididas em dois grupos que são:A. Unidades fundamentais: são unidades definidas arbitrariamente, isto é
sem qualquer dedução matemática. Pelo fato de serem arbitrárias, essas unidades devem sempre serem representadas por um padrão;
B. Unidades derivadas: são unidades definidas matematicamente a partir das fundamentais.
▪No sistema CGSE não existe unidade de medida para a carga elétrica portanto ela foi deduzida a partir das fundamentais impondo que a constante ke=1. Neste sistema a carga é definida como sendo igual a carga necessária para produzir uma força de 1 dina quando as partículas estão separadas de uma distância igual a 1 cm. A unidade de medida para a carga é statcoulomb [statc] ou franklin [f].▪O sistema SI possui 7 unidade de medidas fundamentais que são: metro; kilograma; segundo; ampere; kelvin; candela; e mol. Nesse sistema a unidade de medida para a carga elétrica é o Coulomb [C] e que representa a carga que atravessa a área transversal de um condutor por onde circula uma corrente de 1A em 1s ou seja 1C=1A.1s.
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Lei de Coulomb
Contante de Coulomb
Permissividade Elétrica do Vácuo
Em linguagem matemática essa lei pode ser escrita como segue:
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Lei de CoulombExemplo de aplicação: Comparar a força de interação elétrica entre dois prótons com a força de interação gravitacional, onde:
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Comparação entre Júpiter e outros corpos do sistema solar
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Formação de uma estrela Fantásticas colunas de gás e poeira n a n e b u l o s a d a Á g u i a , sugestivamente baptizadas por "Pilares da Criação”. Imagem obtida pelo telescópio Hubble.
Crédito: Jeff Hester & Paul Scowen , A r i z o n a S t a t e University, NASA.
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Campo elétrico e as hipóteses p/ explicar a ação a distância
1 - Hipótese da ação a longa distância:a) Todo corpo físico possui a propriedade de interagir com outros corpos
através do contato e a longa distância.
b) A força é transmitida de um corpo p/ outro através do espaço vazio imediatamente (velocidade infinita).
c) Uma única carga não deve influenciar nas propriedades física do espaço a sua volta
2 - Hipótese da ação a curta distância:a) A interação entre os corpos só pode existir se houver um meio
apropriado para isto.
b) A força é transmitida de um corpo p/ outro com velocidade finita.
c) Uma única carga é capaz de produzir variações nas propriedades físicas do espaço que o rodeia.
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Campo eletromagnético
A física moderna incorporou somente a teoria do curto alcance. Assim sendo, para compreendermos a origem e a transmissão das forças de interação entre as cargas elétricas (e os corpos em geral), é preciso supor a existência de uma entidade física responsável por essa interação. Essa entidade física recebe o nome de campo elétrico. Desta forma, quando em algum ponto do espaço surge uma carga elétrica, essa carga dará origem a um campo elétrico. A principal característica desse campo é que quando uma nova carga é colocada na sua presença, sobre ela atuará uma força. Ao estudarmos a interação entre cargas em repouso nos defrontamos com a presença de um campo elétrico. Do mesmo modo, quando estudamos a interação das cargas em movimento, nos defrontamos com a presença de um campo magnético. Veremos neste curso que o campo elétrico e o campo magnético possuem natureza única e que eles podem mutuamente se transformarem um no outro, e que eles são parte de um campo mais amplo chamado de campo eletromagnético. Mais adiante será mostrado que o campo elétrico e o magnético pode existir sem a presença das cargas ou correntes.
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Campo eletromagnéticoO campo eletromagnético carrega dentro de si uma certa quantidade de energia, momento e massa. Assim sendo, o campo eletromagnético não é uma abstração introduzida pelos físicos para estudar os fenômenos de interação elétrica e magnética, más sim um agente físico que possui propriedades físicas. Em outras palavras, ele nada mais é do que uma forma de matéria que torna possível as interações elétricas e magnéticas.
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Campo elétrico
Propriedades:O campo elétrico tem a direção da força que atua sobre a carga de prova.
Em cargas positivas o c a m p o e s t á s e afastando.
Em cargas negativas o c a m p o e s t á s e aproximando.
Definição de campo: Força por unidade de carga. Unidade de medida [N/C]
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Campo elétrico
Resumo:
O campo elétrico é criado por uma carga pontual qualquer Q chamada de fonte.
A carga teste qo é pontual e é usada para estudar as propriedades do campo.
qo << Q para não perturbar a distribuição de cargas fonte.
qo > 0 sempre.
Q pode ser positiva ou negativa.
A unidade de medida do campo elétrico é N/C
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Campo elétrico de um dipoloDefinição de dipolo:- É um sistema constituído por duas cargas +q e -q separados de uma
distância 2a. - Átomos e moléculas neutras se comportam como um dipolo quando
colocados na presença de um campo elétrico.- Algumas moléculas como o HCl são dipolos permanentes.
Exemplo:- Obter o campo E ao longo do eixo Y no ponto P.
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Campo devido a uma distribuição de cargas
Regras p/ calcular o campo de uma distribuição de cargas:
Dividir a distribuição de cargas em elementos infinitesimais dq.
Este pequeno elemento de carga é tratado como sendo uma carga pontual de modo que possamos escrever:
Por último calculamos o campo em P devido a uma distribuição de cargas realizando a soma vetorial de cada um dos elementos de carga.
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Densidades de cargas
Densidade volumétrica de cargas
Carga contida em um elemento infinitesimal de volume
Densidade superficial de cargas
Densidade linear de cargas:
Carga contida em um elemento infinitesimal de área
Carga contida em um elemento infinitesimal de comprimento
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Campo elétrico em um fio uniformemente carregado
Exemplo 1:- Um fio de comprimento l tem densidade linear de carga constante ao
longo do seu comprimento. Calcular o campo elétrico no ponto P ao longo do eixo a uma distância a de uma das extremidades sabendo-se que a carga total é Q.
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Campo elétrico de um fio uniformemente carregado
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Exemplo 2: Seja um fio de comprimento 2l, uniformemente carregado com carga total Q. Obter o campo elétrico E a uma distância x do centro do fio.
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Campo elétrico de um fio uniformemente carregado
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Solução:- Em primeiro lugar vamos tomar um elemento de carga dq e calcular o
campo produzido por esse elemento no ponto P.
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Campo elétrico em um anel uniformemente carregado
Exemplo 3:- Um anel de raio a tem carga positiva Q uniformemente distribuída ao
longo do anel. Calcular o campo elétrico no ponto P ao longo do eixo do anel a uma distância x de seu centro.
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Campo elétrico em um anel uniformemente carregado
Solução:- Em primeiro lugar vamos tomar um elemento de carga dq e calcular o
campo produzido por esse elemento no ponto P. A figura abaixo ilustra a situação.
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Campo elétrico em um anel uniformemente carregado
Exemplo 4:- Um disco de raio R possui densidade superficial de carga uniformemente
distribuída ao longo da superfície. Calcular o campo elétrico no ponto P ao longo do eixo do disco a uma distância x de seu centro.
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Campo elétrico em um anel uniformemente carregado
Solução:- Em primeiro lugar vamos tomar um elemento de carga dq e calcular o
campo produzido por esse elemento no ponto P.
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Linhas de campo elétricoDefinição:- Linhas de campo são linhas imaginárias que caracterizam o campo
elétrico em qualquer região do espaço. Como o campo é um vetor, isto implica que essas linhas devem caracterizar tanto o módulo quanto a direção desse vetor:
- a) A direção deste vetor será caracterizada pela linha que tangencia a linha de campo em um determinado ponto qualquer;
- b) O módulo do vetor é caracterizado pelo número de linhas de campo por unidade de área que atravessa uma superfície perpendicular a essas linhas. Portanto E é grande quando as linhas estão próximas e pequeno quando as linhas estão afastadas.
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Exemplo de linhas de campo
a) linhas de campo
b) linhas de campoproduzidas por cargasindividuais
c) linhas de campoproduzidas por um dipolo
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Exemplo de linhas de campo
a) L i n h a s d e c a m p o produzida por cargas de mesmo sinal
b ) l i n h a s d e ca m p o produzida por cargas demódulo e sinal diferentes
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Regras para desenhar as linhas de campo elétrico
- a) As linhas para um grupo de cargas pontuais devem começar nas cargas positivas e terminar nas cargas negativas.
- b) O número de linhas é proporcional ao módulo da carga.
- c) Duas linhas de um campo qualquer nunca podem se cruzar.