Slides eletrostatica
- 2. CARGAS ELÉTRICAS Por convenção, o próton tem carga elétrica positiva, enquanto o elétron possui carga negativa. O nêutron não apresenta carga elétrica. Legenda: nêutron próton elétron
- 3. FIQUE SABENDO !!! Descobertas: elétron, próton e nêutron ELÉTRON: 1897 Joseph Thomson (inglês, 1856-1940) PRÓTONS: 1919 Ernest Rutherford (neozelandês, 1871-1937) PRÓTONS: 1919 Ernest Rutherford (neozelandês, 1871-1937) NÊUTRON: 1932 James Chadwick (inglês, 1891-1974)
- 4. CORPO NEUTRO E CORPO ELETRIZADO ± ± Corpo eletricamente neutro: ± ± ± para cada próton existe um elétron ± ± + ± Corpo eletrizado positivamente: + ± + existem mais prótons do que elétrons + ±+ ± ±-± Corpo eletrizado negativamente: ±-±-± apresenta mais elétrons do que prótons ±-± ATENÇÃO !!! Um corpo neutro adquire carga positiva ao perder elétrons. Se eletriza com carga negativa ao receber elétrons.
- 5. A unidade de medida de carga elétrica no SI é coulomb (símbolo:C), em homenagem a Charles de Coulomb (francês, 1736-1806). Principais submúltiplos do coulomb: milicoulomb ( mC ), onde 1 mC = 10–3 C microcoulomb ( µC ), onde 1 µC = 10–6 C nanocoulomb ( nC ), onde 1 nC = 10–9 C microcoulomb ( µC ), onde 1 µC = 10 C nanocoulomb ( nC ), onde 1 nC = 10–9 C Exemplos a) 2 nC = 2.10-9 C b) – 5 µC = - 5.10-6 C c) 3,4 mC = 3,4.10-3 C d) – 7,2 µC = - 7,2.10-6 C
- 6. CARGA DE ELÉTRICA DE UM CORPO A quantidade de carga elétrica (Q) de um corpo é dada por: Q = ± N.e, onde: N=número de elétrons (perdidos ou ganhos) e=carga elétrica elementar
- 7. FIQUE SABENDO !!! (1) Valor da carga elétrica elementar e = 1,6.10–19 C (2) Carga elétrica elementar é a menor quantidade de carga elétrica isolada existente na natureza. Em valor absoluto (módulo) a carga do próton e do elétron são iguais a carga elementar. Oupróton e do elétron são iguais a carga elementar. Ou seja: Carga do próton: + e = + 1,6.10–19 C Carga do elétron: - e = – 1,6.10–19 C (3) A carga elétrica de um corpo é quantizada, isto é, ela sempre é múltiplo inteiro da carga elétrica elementar.
- 8. VAMOS RESOLVER !!! 1) Uma régua de alumínio, inicialmente neutra, perde 50 milhões de elétrons.Determine a carga elétrica por ela adquirida. (Dado: e = 1,6.10–19 C) por ela adquirida. (Dado: e = 1,6.10–19 C)
- 9. Solução Dados: N = 50.000.000 elétrons = 5.107 elétrons e = 1,6.10–19 C Q = + N.eQ = + N.e Q = + 5.107.1,6.10–19 Q = + 8.10–12 C Resp.: Q = + 8.10–12 C
- 10. 2) Seja uma esfera de ferro e considere que ela está eletricamente neutra. Caso ela ganhe 200 bilhões de elétrons, qual será a sua carga ? (Dado: e = 1,6.10–19 C)(Dado: e = 1,6.10–19 C)
- 11. Solução Dados: N = 200.000.000.000 elétrons = 2.1011 elétrons e = 1,6.10–19 C Q = – N.eQ = – N.e Q = – 2.1011.1,6.10–19 Q = – 3,2.10–8 C Resp.: Q = – 3,2.10–8 C
- 12. 3) Mercúrio é o elemento químico de número atômico 80 e símbolo Hg. Considerando apenas prótons, nêutrons e elétrons, responda: (Dado: e = 1,6.10–19 C) a) Qual a carga elétrica do núcleo do átomo de mercúrio. b) Qual a carga elétrica de sua eletrosfera ? c) Qual a carga elétrica do átomo em questão.
- 13. Solução Dados: Número atômico = 80 (80 prótons e 80 elétrons) e = 1,6.10–19 C a) Qnúcleo = + N.e Qnúcleo = + 8.10.1,6.10–19 Qnúcleo = + 12,8.10–18 C Qnúcleo = + 1,28.10–17 C b) Qeletrosfera = - N.e Qeletrosfera = - 8.10.1,6.10–19Qeletrosfera = - 8.10.1,6.10–19 Qeletrosfera = - 12,8.10–18 C Qeletrosfera = - 1,28.10–17 C c) A carga elétrica de um átomo é NULA ( Qátomo = zero ) Resp.: a) Qnúcleo = + 1,28.10–17 C b) Qeletrosfera = - 1,28.10–17 C c) Qátomo = zero
- 14. PRINCÍPIO DA ATRAÇÃO E REPULSÃO Partículas com cargas elétricas de sinais iguais se repelem, enquanto as partículas eletrizadas com cargas de sinais opostos se atraem.
- 15. PROCESSOS DE ELETRIZAÇÃO A eletrização de um corpo inicialmente neutro pode ocorrer: - Por atrito- Por atrito - Por contato - Por indução
- 16. • Por atrito Corpos de materiais diferentes iniciamente neutros ao serem atritados adquirem cargas elétricas de mesmo módulo e sinais contrários.
- 17. • Por contato Quando dois ou mais condutores são colocados em contato, com pelo menos um deles eletrizado, observa-se uma retribuição da carga elétrica. ATENÇÃO!!! Esferas condutoras idênticas (raios iguais) ao serem contactadas adquirem cargas iguais.ao serem contactadas adquirem cargas iguais.
- 18. •• PorPor induçãoindução A eletrização de um condutor neutro pode ocorrer por uma simples aproximação de um outro corpo eletrizado, com o aterramento do neutro. No processo da indução eletrostática, o corpo induzido será eletrizado sempre com carga de sinal contrário ao da carga do indutor.
- 19. VAMOS RESOLVER !!! 1)Dois corpos, um de vidro e outro de plástico, são atritados. Inicialmente ambos estavam descarregados eletricamente, ou seja, apresentavam-se neutros. Após 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 plástico após o atrito ? b) O corpo de plástico perdeu ou ganhou elétrons? E o de vidro ?
- 20. Solução O que ocorre quando corpos neutros e de materiais diferentes são atritados é que um dos corpos transfere elétrons para o outro. Assim: a) Depois do atrito, o corpo de plástico 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 elétrons para o de plástico, que adquiriu carga negativa. Resp.: a) Q plástico = – 8.10-3C b) Corpo de vidro → Perdeu elétrons Corpo de plástico → Ganhou elétrons
- 21. 2) Sejam A e B corpos metálicos.O corpo A encontra-se eletrizado, enquanto o B, neutro. Considerando que tais corpos serão postos em contato: a) Qual o sinal da carga adquirida pelo corpo B após serem contactados se o A tem carga negativa ? corpo B após 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. Solução 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 elétrons para ele até que seja estabelecido o equilíbrio eletrostático. b) O corpo B fica eletrizado positivamente porque ele transfere elétrons para o corpo A até que seja estabelecido o equilíbrio eletrostático. Resp.: a) Corpo B: carga negativa b) Corpo B: carga positiva
- 23. 3) Uma esfera A com carga 15nC faz contato com a esfera B, com carga de –7nC. Sendo informado que as esferas em questão são idênticas e metálicas, determine, em coulomb, as cargas de cadaem coulomb, as cargas de cada esfera após o contato.
- 24. Solução Se esferas condutoras e idênticas forem contactadas, então suas cargas serão 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. LEI DE COULOMB Em 1785, Coulomb formulou a lei que rege as interações entre partículas eletrizadas.
- 26. A intensidade da força de interação eletrostática (força elétrica:Fe) entre duas partículas eletrizadas é dada pela fórmula: Fe = K.IQI.IqI d2 onde, K: constante eletrostática do meio IQI e IqI: módulos das cargasIQI e IqI: módulos das cargas d: distância entre as partículas ATENÇÃO !!! A intensidade da força elétrica é diretamente proporcional ao produto dos módulos das cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre as partículas.
- 27. VAMOS RESOLVER !!! 1) Sejam duas partículas eletrizadas com cargas Q=2µC e q=–3nC.Tais esferas estão no vácuo e a distância entre elas é 1 metro. Calcule a intensidade da força elétrica que uma carga exerce sobre aelétrica que uma carga exerce sobre a outra. Dado: Constante eletrostática do vácuo (K) = 9.109 N.m²/C²
- 28. Solução Dados: IQI = 2µC = 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. 2) Na tabela temos informações sobre cargas elétricas pontuais (ou puntiformes) localizadas no vácuo e a distância entre cada par de cargas. Por sua vez, F1, F2 e F3 correspondem aos módulos das forças de interação eletrostática entre cargas Q e q, 3Q e 5q e Q e q, respectivamente. Cargas Distância Força elétrica 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. Solução 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 é, F3 = 1.F1 (2d)2 4d2 4 d² 4 4 Resp.: a) F2 é 15 vezes maior do que F1. b) F3 é a quarta parte de F1.
- 31. QUESTÃO ENEM Chama-se carga elétrica elementar, indicada por e, a menor quantidade de carga elétrica isolada existente na natureza. Em módulo, as cargas do próton e do elétron são iguais a carga elementar e. O valor da carga elétrica elementar (e = 1,6.10–19 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 Física de 1923. Na década de 1960 Murray Gell-Mann (norte-americano, n. 1929) - Prêmio Nobel de Física de 1969 por seus estudos sobre partículas subatômicas - levantou a hipótese da existência do quarks. Os quarks são partículas elementares (experimentalmente detectadas a partir da década de 1970) formadoras dos prótons e dos nêutrons. 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 composição de prótons e nêutrons. O próton é formado por dois quarks up e um quark down, por sua vez em cada nêutron há um quark up e dois quarks up. A partir dessas informações, é correto concluir, com relação à carga elementar e, que a carga elétrica dos quarks up e down são, nesta ordem: A) + 2e/3 e + 1e/3 B) + 1e/3 e + 2e/3 C) + 1e/3 e – 2e/3 D) – 2 e/3 e + 1e/3 E) + 2e/3 e – 1e/3
- 32. Solução 1 próton = 2 quarks up + 1 quark down 1 nêutron = 1 quark up + 2 quarks down. Sabemos que: Carga elétrica do próton = + 1,6.10–19 C = + e (carga elementar) Carga elétrica do nêutron = zero (carga nula). Testando as alternativas: A) Próton: 2.(+ 2e/3) + 1.(+ 1e/3) = + 4e/3 + 1e/3 = + 5e/3 (Falsa) B) Próton: 2.(+ 1e/3) + 1.(+ 2e/3) = + 2e/3 + 2e/3 = + 4e/3 (Falsa) C) Próton: 2.(+ 1e/3) + 1.(– 2e/3) = + 2e/3 – 2e/3 = zero (Falsa) D) Próton: 2.(– 2e/3) + 1.(+ 1e/3) = – 4e/3 +1e/3 = – 3e/3 = – e (Falsa) E) Próton:2.(+2e/3) + 1.(–1e/3) = +4e/3 – 1e/3) = + 3e/3 = +e (Verdadeira) Nêutron: 1.(+2e/3) + 2.(– 1e/3) = + 2e/3 – 2e/3 = zero (Verdadeira) Resposta: E