Apostila de Eletrostática - ITA

Apostila de Eletrostática - ITA

(Parte 1 de 9)

Eletricidade Maurício R.L.

Modificações por:

Maurício Ruv Lemes (Doutor em Ciência pelo Instituto Tecnológico de Aeronáutica - ITA)

1 – ELETRICIDADE – PEQUENO HISTÓRICO(*)

A seguir colocamos em ordem cronológica alguns fatos de grande importância no desenvolvimento de teorias e conceitos sobre eletricidade.

600 a. C. Tales de Mileto – Observação de um pedaço de âmbar atrai pequenos fragmentos de palha, quando previamente atritado.

1600 William Gilbert – Outras substâncias além do âmbar são capazes de adquirir propriedades elétricas. Estudos sobre imãs e interpretação do magnetismo terrestre.

1672 Otto von Guericke – Invenção da primeira máquina eletrostática.

1729 Stephen Gray – Os metais tem a propriedade de transferir a eletricidade de um corpo a outro. Primeira caracterização de condutores e isolantes. Experiências sobre indução elétrica.

Robert Symmer – Teoria dos Dois Fluidos: o corpo neutro tem quantidade “normal” de fluido elétrico. Quando é esfregado uma parte do seu fluido é transferida de um corpo para outro ficando um com excesso (carga positiva) e outro com falta (carga negativa). Fato importante: lei da conservação da carga.

1785 Charles A. Coulomb – Experiências quantitativas sobre interação entre cargas elétricas, com auxílio da balança de torção.

Eletricidade Maurício R.L.

1800 Alessandro Volta – Invenção da Pilha. 1820 Hans Christian Oersted – Efeito Magnético da Corrente Elétrica.

1825 Andre Marie Ampere – Lei que governa a interação entre os imãs e correntes elétricas. 1827 George Simon Ohm – Conceito de resistência elétrica de um fio. Dependência entre diferença de potencial e corrente.

1831 Michael Faraday – Lei da indução eletromagnética entre circuitos. 1832 Joseph Henry – Fenômenos da auto-indução. 1834 Heinrich Friedrich Lenz – Sentido da força eletromotriz induzida.

1834 Michael Faraday – Leis da eletrólise: evidência de que íons transportam a mesma quantidade de eletricidade proporcional a sua valência química.

1864 James Clerk Maxwell – Teoria do Eletromagnetismo. Previsão da existência de ondas eletromagnéticas. Natureza da luz. 1887 Heinrich Hertz – Produção de ondas eletromagnéticas em laboratórios.

1897 Joseph John Thomson – Descoberta do elétron.

1909 Robert Milikan – Medida da carga do elétron. Quantização da carga. (*) Feito por Dr. Roberto A. Stempaniak (Prof. Dr. UNITAU)

2 – INTRODUÇÃO

2.1 – ESTRUTURA DA MATÉRIA – CARGA ELÉTRICA A matéria é constituída por átomos, que são estruturados basicamente a partir de três partículas elementares: o elétron, o próton e o nêutron (é importante ressaltar que essas não são as únicas partículas existentes no átomo, mas para o nosso propósito elas são suficientes). Em cada átomo há uma parte central muito densa, o núcleo, onde estão os prótons e os nêutrons. Os elétrons, num modelo simplificado, podem ser imaginados descrevendo órbitas elípticas em torno do núcleo (fig. 1), como planetas descrevendo órbitas em torno do Sol. Essa região periférica do átomo é chamada de eletrosfera.

Figura 1

Experimentalmente provou-se que, quando em presença, prótons repele prótons, elétrons repele elétrons, ao passo que próton e elétron atraem-se mutuamente. O nêutron não manifesta nenhuma atração ou repulsão, qualquer que seja a partícula da qual se aproxima. Na figura 2 procuramos esquematizar essas ações.

Figura 2

Eletricidade Maurício R.L.

Dessas experiências é possível concluir que prótons e elétrons apresentam uma propriedade, não manifestada pelos nêutrons, denominada carga elétrica. Convenciona-se:

Carga elétrica positiva (+) ⇒ próton Carga elétrica negativa (–) ⇒ elétron

Verifica-se que, quando um átomo apresenta um número de prótons igual ao número de elétrons, o átomo é eletricamente neutro. Se o átomo perder um ou mais elétrons, o número de prótons no núcleo passa a predominar e o átomo passa a manifestar propriedades elétricas, tornando-se um íon positivo. Se o átomo receber elétrons, ele passará a manifestar um comportamento elétrico oposto ao anterior e tornar-se-á um íon negativo.

Portanto, um corpo estará eletrizado quando o número total de prótons for diferente do número total de elétrons.

) NP < NE → corpo eletrizado negativamente ) NP > NE → corpo eletrizado positivamente

) NP = NE → corpo neutro

) PRINCÍPIO BÁSICO DAS AÇÕES ELÉTRICAS estabelece que: “corpos com cargas de mesmo sinal repelem-se e corpos com cargas de sinais contrários atraem-se”.

OBS: Ne é o número de elétrons e NP o número de prótons.

UNIDADE DE CARGA ELÉTRICA (Q) UNIDADE NO SI: Q → carga elétrica ⇒ Coulomb (C)

CARGA ELEMENTAR (e)

A carga elétrica do elétron é chamada de carga elementar, em módulo, o seu valor é igual a carga elétrica do próton. Através de experiências, foi possível determinar seu valor:

e = 1,6 x 10-19 C

Eletricidade Maurício R.L.

Tendo em vista que a eletrização de um corpo se deve a falta ou excesso de elétrons, podemos escrever que a carga elétrica de um corpo é calculada da seguinte forma:

e .nQ±=

Q → carga elétrica ⇒ Coulomb (C) n → número de elétrons em excesso (-) ou em falta (+) e → carga elementar ⇒ Coulomb (C)

3 – Processos de Eletrização

3.1 – ELETRIZAÇÃO POR ATRITO Duas substâncias de naturezas diferentes, quando atritadas, eletrizam-se com igual quantidade de cargas em valor absoluto e de sinais contrários. Se atritarmos vidro com seda, elétrons migrarão do vidro para seda, portanto o vidro ficará eletrizado positivamente e a seda negativamente.

3.2 – ELETRIZAÇÃO POR CONTATO

Quando um corpo neutro é posto em contato com um corpo eletrizado, eletriza-se com carga do mesmo sinal.

Figura 3

3.3 – ELETRIZAÇÃO POR INDUÇÃO

Quando um corpo neutro é colocado próximo de um corpo eletrizado, sem que exista contato, o corpo neutro tem parte das cargas elétricas separadas (indução eletrostática), podendo ser eletrizado.

Ao atritarmos um pente e aproximamos o mesmo de um filete de água, a água será atraída pelo pente por indução.

Figura 4

Corpo Positivo

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