Projeto

A prática das Ciências Exatas e Naturais no viés da formação de futuros Engenheiros

FINEPFinanciadora de Estudos e ProjetosMinistério da Ciência e Tecnologia

Universidade Estadual do Oeste do Paraná

APMF – WJ - Colégio Estadual Wilson Joffre

FUNDEP – Fundação de Apoio ao Ensino, Extensão e Pesquisa e Pós-Graduação

Eletrostática

→Carga elétrica

→Condutores e isolante (dielétrico)→Processos Eletrização: Por atrito, Por indução, Por contato, Por aquecimento e Por pressão →Lei de Coulomb→Quantização da carga elétrica→Eletroscópio→Campo elétrico

Eletrostática

Experimentos;

Garrafa pet, canudinho, papel higiênico, alfinete

Gerador Van de Graaff

G.V. Torre com cabeleira

G.V. Eletroscópio de folha e pendulo

G.V. Hélice (torniquete) ionização

G.V. lâmpadas na presença do campo

G.V. Linha de campo retro-projeto

G.V. descarga elétrica (pequenos raios no escuro)

G.V. potencial elétrico – multimetro e ponta de prova

G.V. garrafa de leyden

Os portadores de carga elétrica são: elétrons - que transportam carga negativa Íons - Cátions transportam cargas positivas Ânions cargas negativas

Portadores de Cargas

Partícula Carga (C) Massa (Kg)

elétron -1,6021917 x 10-19 9,1095 x 10-31Kg

próton 1,6021917 x 10-19 1,67261 x 10-27Kg

nêutron 0 1,67492 x 10-27Kg

Condutores elétricosSão materiais que apresentam portadores de cargas elétricas (elétrons ou íons) quase livres, o que facilita a mobilidade dos mesmos em seu interior. São considerados bons condutores, materiais com alto número de portadores de cargas elétricas livres e que apresentam alta mobilidade desses portadores de cargas elétricas.

Isolantes ou dielétricosOs materiais isolantes se caracterizam por não apresentar portadores de cargas elétricas livres para movimentação. Nesses materiais, a mobilidade dos portadores de cargas elétricas é praticamente nula, ficando os mesmos praticamente fixos no seu interior. Exemplos: borracha, madeira, água pura, etc

Por atrito   Foi o primeiro processo de eletrização conhecido. Quando duas substâncias de naturezas diferentes são atritadas, ambas se eletrizam.

Por indução Quando um corpo neutro é colocado próximo de um corpo eletrizado, sem que haja contato entre eles, o corpo neutro se eletriza. Esse fenômeno é chamado indução eletrostática.

Por contato  Quando um corpo neutro é colocado em contato com um corpo eletrizado, por meio de um fio condutor, o corpo neutro se eletriza

Por aquecimento  Certos corpos, quando aquecidos, eletrizam-se, apresentando eletricidades de nomes contrários em dois pontos diametralmente opostos. O fenômeno é chamado fenômeno piroelétrico. É mais comum em cristais, como por exemplo na turmalina.

Por pressão Certos corpos, quando comprimidos, eletrizam-se, apresentando eletricidades de nomes contrários nas extremidades. O fenômeno é chamado fenômeno piezoelétrico. Também é mais comum em cristais, como por exemplo, turmalina, calcita e quartzo.

Vidro Mica Lã Seda Algodão Madeira Âmbar Enxofre Metais + -Séries triboelétricas

Pel

e h

um

ana

seca

Co

uro

Pel

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e co

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oV

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Cab

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Fib

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ylo

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Aço

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Bo

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ão, P

rata

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Iso

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rF

ilme

PV

C

('m

agip

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oliu

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Po

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)P

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oV

inil

(PV

C)

Sili

con

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eflo

n

Raio, Trovão e Relâmpago

• O trovão é uma onda sonora provocada pelo aquecimento do canal principal durante a subida da Descarga de Retorno. Ele atinge temperaturas entre 20 e 30 mil graus Celsius em apenas 10 microssegundos (0,00001 segundos). O ar aquecido se expande e gera duas ondas: a primeira é uma violenta onda de choque supersônica, com velocidade várias vezes maior que a velocidade do som no ar e que nas proximidades do local da queda é um som inaudível para o ouvido humano; a segunda é uma onda sonora de grande intensidade a distâncias maiores. Essa constitui o trovão audível.

• Lenda: Se não está chovendo não caem raios.• Verdade: Os raios podem chegar ao solo a até 15 km de

distância do local da chuva.• Lenda: Sapatos com sola de borracha ou os pneus do automóvel

evitam que uma pessoa seja atingida por um raio.• Verdade: Solas de borracha ou pneus não protegem contra os

raios. No entanto, a carroceria metálica do carro dá uma boa proteção a quem está em seu interior; sem tocar em partes metálicas. Mesmo que um raio atinja o carro é sempre mais seguro dentro do que fora dele.

• Lenda: As pessoas ficam carregadas de eletricidade quando são atingidas por um raio e não devem ser tocadas.

• Verdade: As vítimas de raios não "dão choque" e precisam de urgente socorro médico, especialmente reanimação cardio-respiratória.

• Lenda: Um raio nunca cai duas vezes no mesmo lugar.• Verdade: Não importa qual seja o local ele pode ser atingido

repetidas vezes, durante uma tempestade. Isto acontece até com pessoas.

F

PRINCÍPIO ELETROSTÁTICO

FF + +

F+ -

FF --

PRÍNCIPIO DE ATRAÇÃO E REPULSÃO

Cargas elétricas de mesmo sinal se repelem e as de sinais

opostos se atraem

Carga elétrica não se cria, não se perde, apenas se transfere

PRÍNCIPIO DE CONSERVAÇÃO DA CARGA ELÉTRICA

Num sistema eletricamente isolado, a soma das cargas

elétricas é constante.

+

ANTES DO

CONTATO

-Q1= 3QQ2= -5Q

++ --Q1

! Q2!

+Q1 Q2 = Q1! Q2

!+DEPOIS

DO CONTATO

Q1 Q2= Q1! Q2

! += 3Q+(-5Q)= 2= = -2Q

2-Q

Q1! Q2

!= -Q= 2

Lei de Coulomb

• Charles Coulomb mediu as forças eléctricas entre duas pequenas esferas carregadas

• Ele descobriu que a força dependia do valor das cargas e da distância entre elas

dFF + +

d

FF+ -

dFF --

LEI DE COULOMB

Q1

Q1

Q1 Q2

Q2

Q2

z

F=Q Q1. 2

1d2

K

F =K .Q Q1.

d22

K=Constate eletrostática

F =K .Q Q1. 21d2

19

F =K .Q Q1.

d22d

+ + 1

Q1 Q2

2d+ +

Q1 Q2

3d+ +

Q1 Q 2

F = K .Q Q1.

d 22

F= K .Q Q1.

d 23

14

F =2 F =31/4F1 1/9F1

d+ +

Q1 Q2

F = K .Q Q1.

d 21

d/2+ +

Q1 Q2

F =4.K .Q Q1.

d 22

F =9.K .Q Q1.

d22

d/3+ +

3

Q1 Q2

F =2 F =34F1 9F1

F =K .Q Q1.

d22d

+ + 1

Q1 Q2

F =2K .Q Q1.

d 22

F =3K .Q Q1.

d 23

d+ +Q1 2Q 2

d+ +Q1 3Q 2

2

2

F =2 F =32F1 3F1

FF + +

Campo elétrico

TRABALHO DA FORÇA ELÉTICA

+ +qQ

< 0

> 0

> 0F

SENTIDO NATURAL DO DESLOCMENTO

+ +qQ >

0 FSENTIDO NATURAL DO FORÇADO

>0

<0

A

=

B

A B C=

C

O Trabalho não depende da trajetória.

QF

A BdA dABAB = F.dAB

AB=q.K Q.(1 – 1)

dA dB

q

QF

A BdA dAB

A =q.K Q.(1 – 1)

dA dB

q

∞

∞

A =q.K .Q

dA∞

0

Podemos afirmar que esse é o maior trabalho da força elétrica, para deslocar uma carga do ponto A até o infinito

ENERGIA PONTENCIAL ELÉTRICA

A =q.K Q.(1 – 1 )dA dB

∞ A =q.K .Q

dA∞

0

A =∞ BEPAEP -

A =∞ AEP AEP =q.K .Q dA

Sendo EpB = 0 por considerar o infinito como referencial 0

POTENCIAL ELÉTRICOA grandeza escalar potencial

elétrico é definida como a energia potencial elétrica por unidade de

carga.Colocando-se uma carga q num ponto A de um campo elétrico de uma carga

puntiforme Q, adquire uma energia potencial elétrica EpA. A relação

potencial, energia potencial elétrica e carga é:

AEP

q

AV =

AEP

q

AV =

AEP =q.K .Q dA

=

q.K .Q dA K .Q

q

=dA

AV=K .Q dA

1 volt1coulomb

1 joule = =1V

POTENCIAL DE VÁRIAS CARGAS

Q3

VP=

Pd1

d3

d2

Q1

Q2

V1 +V2 + V3

O POTENCIAL NUMA REGIÃO SOBRE A INFLUÊNCIA DE VÁRIOS CAMPOS É A SOMA DOS POTENCIAIS ELÉTRICOS GERADO POR ESSES CAMPOS

DIFERENÇA DE POTENCIAL (U)

F

A BdAB

Q q

A =B BEPAEP -

=AEP q.VA

=BEP q.VB{

A =B q.VA - q.VB

A =B q.(VA -VB)

DIFERENÇA DE POTENCIAL (U)

A =B q.(VA -VB)

UAB

{É chamado de diferença de potencial elétrica entre os pontos A e B (ddp) ou tensão elétrica entre os pontos A e B.

= qABU

VARIAÇÃO DO POTENCIAL AO LONGO DE UMA LINHA DE FORÇAQ+

A B C

V=K .Q d

Como dA<dB <dc, temos: VA >VB >VC

Percorrendo uma linha uma linha de força no seu sentido, encontramos sempre pontos de menor potencial.

A B C VA >VB >VC

VARIAÇÃO DO POTENCIAL AO LONGO DE UMA LINHA DE FORÇAQ- A B C

V=K .Q d

Como dA < dB < dc, temos: VA > VB > VC

Percorrendo uma linha de força no seu sentido, encontramos sempre pontos de menor potencial.

A B C VA > VB > VC

DIFERENÇA DE POTENCIAL NUM CAMPO ELÉTRICO UNIFORME

VA VB

EF

q

d

A =B q.(VA -VB)

UAB

{

A =B q.E.d

= q.E.dq.(VA -VB)

UAB= E.d

SUPEFÍCIE EQUIPOTENCIAL

Numa superfície equipotencial as linhas de força são sempre

perpendiculares às superfícies equipotenciais.

VAVB

VBVA

R

R

d P