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PROF: PAULO ROBERTO ANGÉLICO DISCIPLINA: FÍSICA BLOCO 2

3ª SÉRIE ENSINO MÉDIO

ALUNO(A): N0 TURMA :

Segundo a Física Quântica, a matéria é interpretada como sendo constituída por ÁTOMOS que, agrupados, formam todas as coisas que conhecemos. Os átomos são formados por duas regiões: um NÚCLEO onde estão confinados os prótons, nêutrons e outras partículas menores por meio de forças nucleares e a ELETROSFERA onde movimentam-se os elétrons:

Para termos uma idéia das dimensões relativas dessas duas regiões, se pudéssemos aumentar o átomo de hidrogênio – o menor de todos, com apenas 1 próton e 1 elétron – de tal forma que seu núcleo alcançasse o tamanho de uma azeitona, o raio da eletrosfera seria do tamanho de um estádio de futebol.

A massa do próton (ou do nêutron) é também muito diferente da massa do elétron. Se fosse possível compará-los numa balança obteríamos a seguinte relação:

Elétrons e prótons não se parecem com bolinhas. Nós os representamos assim apenas por ser mais simples. Os elétrons, por exemplo, se parecem mais com nuvens, estão espalhados em regiões chamadas ORBITAIS.

Convencionou-se chamar a carga elétrica dos PRÓTONS de POSITIVA e a dos ELÉTRONS de

NEGATIVA. Os nêutrons não possuem carga líquida.

Normalmente cada átomo é eletricamente neutro, ou seja, tem quantidades iguais de carga negativa e positiva.

Os prótons do núcleo e os elétrons das órbitas se atraem entre si. A esta força de atração recíproca chamamos de FORÇA ELÉTRICA. Os elétrons, entretanto, repelem outros elétrons e os prótons repelem outros prótons. Dizemos, por isto, que as partículas com carga de mesmo sinal se repelem:

E partículas com carga de sinais opostos se atraem:

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Prótons e nêutrons estão fortemente ligados ao núcleo dos átomos. Já os elétrons podem ser facilmente transferidos de um corpo para outro por um processo chamado ELETRIZAÇÃO. Para isso, é necessário fazer com que o número de elétrons se torne diferente do número de prótons.

Se o número de elétrons for maior que o número de prótons, o corpo estará eletrizado negativamente; se o número de elétrons for menor que o de prótons, ele estará eletrizado positivamente.

A menor carga encontrada livre na Natureza é chamada de CARGA ELEMENTAR. No Sistema Internacional de Unidades (SI) seu valor é dado por:

Note como a carga elementar é pequena:

Em função da carga elementar, as cargas de elétrons e prótons são expressa por:

A carga elétrica total de um corpo é sempre um número inteiro de vezes o valor da carga elementar:

O número inteiro n corresponde à diferença entre o número de prótons e elétrons do corpo considerado:

Em um sistema isolado a quantidade de carga elétrica permanece constante. Mesmo ocorrendo um fenômeno qualquer, por exemplo uma reação química ou nuclear, a quantidade de carga elétrica é a mesma antes e após o fenômeno:

O símbolo Σ (Sigma) é o S grego e significa SOMA.

Como a unidade COULOMB revelou-se muito grande, é comum a utilização de seus submúltiplos:

A Teoria Relativística do Elétron, proposta por Paul Dirac previu (e foi comprovado em 1932) que toda partícula tem sua antipartícula, de mesma massa, mas com carga elétrica e outras propiriedades opostas.

Partícula Antipartícula elétron (-) pósitron (+) próton (+) antipróton (-) nêutron (neutro) antineutron (neutro)

Matéria e Antimatéria se aniquilam produzindo luz.

01) Sobre os núcleos atômicos e seus constituintes, são feitas quatro afirmativas.

I. Os núcleos atômicos são constituídos por prótons, nêutrons e elétrons.

I. O próton é uma partícula idêntica ao elétron, porém de carga positiva.

I. Nos núcleos atômicos está concentrada a quase totalidade da massa do átomo.

IV. As forças nucleares são as responsáveis por manter unidas as partículas que compõem os núcleos atômicos.

Quais afirmativas estão corretas?

(A) apenas I (B) apenas I e I (C) apenas I e IV (D) apenas I, I e IV (E) I, I, II e IV

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02) Campos eletrizados ocorrem naturalmente no nosso cotidiano. Um exemplo disso é o fato de algumas vezes levarmos pequenos choques elétricos ao encostarmos em automóveis. Tais choques são devidos ao fato de estarem os automóveis eletricamente carregados. Sobre a natureza dos corpos (eletrizados ou neutros), considere as afirmativas a seguir:

I. Se um corpo está eletrizado, então o número de cargas elétricas negativas e positivas não é o mesmo.

I. Se um corpo tem cargas elétricas, então está eletrizado.

I. Um corpo neutro é aquele que não tem cargas elétricas. Sobre as afirmativas acima, assinale a alternativa correta.

(A) Apenas a afirmativa I é verdadeira. (B) Apenas a afirmativa I é verdadeira. (C) Apenas a afirmativa I é verdadeira. (D) Apenas as afirmativas I e I são verdadeiras. (E) Apenas as afirmativas I e I são verdadeiras.

03) A matéria, em seu estado normal, não manifesta propriedades elétricas. No atual estágio de conhecimentos da estrutura atômica, isso nos permite concluir que a matéria:

(A) é constituída somente de nêutrons. (B) possui maior número de nêutrons que de prótons. (C) possui quantidades iguais de prótons e elétrons. (D) é constituída somente de prótons. (E) é constituída somente de elétrons.

04) Uma caixa de paredes finas no vácuo, exposta a raios gama pode tornar-se o palco de uma “criação de par”, evento no qual um fóton de alta energia termina sua existência com a criação de um elétron negativo e um elétron positivo (pósitron) com cargas iguais em módulo.

Analisando o fenômeno descrito, pode-se concluir que:

(A) o fóton possui carga elétrica positiva. (B) o fóton possui carga elétrica negativa. (C) o fóton é uma partícula neutra. (D) o princípio da conservação da carga elétrica não é satisfeito.

(E) o fenômeno não pode ocorrer pois não existem elétrons positivos.

05) Considere as afirmações abaixo relacionadas aos conceitos da eletrostática:

I. Cargas de mesmo sinal se repelem; cargas de sinais opostos se atraem.

I. A carga de um elétron tem o mesmo módulo, mas sinal oposto ao de um próton.

I. A unidade de carga elétrica, no Sistema Internacional de Unidades, é o Coulomb.

IV. Prótons e elétrons possuem a mesma massa de repouso.

V. Um corpo carregado positivamente tem excesso de elétrons.

Estão corretas apenas as alternativas:

(A) I, I e II (B) I, I e IV (C) I, IV e V (D) I e I (E) I, II e V

06) Retiram-se 2.10 20 elétrons de um corpo inicial- mente neutro. Qual a carga adquirida pelo corpo?

07) Adicionam-se 4.10 21 elétrons a um corpo inicial- mente neutro. A carga total no corpo passa a ser igual a:

08) Na eletrosfera de um átomo de magnésio temos 12 elétrons. Qual a carga elétrica de sua eletrosfera?

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Em alguns tipos de átomos, especialmente os que compõem os metais tais como ferro, ouro, cobre e prata, a última órbita eletrônica perde um elétron com grande facilidade.

Estes elétrons livres se desgarram das últimas órbitas eletrônicas e ficam vagando de átomo para átomo, sem direção definida. Os átomos que perdem elétrons também os readquirem com facilidade dos átomos vizinhos, para voltar a perdê-los momentos depois. No interior dos metais os elétrons livres vagueiam por entre a rede de átomos, em todos sentidos.

Devido à facilidade de fornecer elétrons livres, os METAIS são usados para fabricar os fios de aparelhos elétricos: eles são BONS CONDUTORES do fluxo de elétrons livres.

A água pura (H2O) e o sal de cozinha (NaCl) não são con-

dutores quando separados, mas quando misturados ocorre a dissociação das moléculas de água e sal, produzindo os íons

, H+ e OH-

Os íons positivos são atraídos em direção ao eletrodo negativo, enquanto que os íons negativos, para o eletrodo positivo. Este movimento de íons livres torna a solução condutora de eletricidade.

EXPERIMENTO: Faça a montagem da figura e acrescente vagarosamente um pouco de sal no recipiente com água, misturando bem. Observe o que acontece com o brilho da lâmpada. Se utilizar uma lâmpada de 110 Volts retire a pilha e ligue os fios diretamente na tomada (CUIDADO!!). Troque o sal por açúcar e descreva suas observações.

Ao estabelecermos um caminho de condutores entre um objeto carregado e a superfície da Terra, estamos fazendo a sua ligação à terra Esta ligação causa a neutralização do objeto. O fio verde de um chuveiro e o terceiro pino da tomada de um computador são exemplos de ligação à terra. Um fato importante a ser lembrado é que a pele humana também é condutora de eletricidade. Quanto mais úmida a pele, mais condutora ela é. É muito perigoso mudar a chave de um chuveiro ligado.

Os materiais que possuem pequena quantidade de portadores de carga elétrica livres são maus condutores de eletricidade. São exemplos de maus condutores a borracha, água pura, madeira seca, plástico entre outros. Eles não permitem a passagem do fluxo de elétrons ou deixam passar apenas um pequeno número deles.

Seus átomos têm grande dificuldade em ceder ou receber os elétrons livres das últimas camadas eletrônicas. São os chamados materiais ISOLANTES. O vidro é um material isolante, mas geralmente uma camada de vapor d’água se forma na sua superfície tornando-o condutor.

Materiais que podem se comportar algumas vezes como isolantes e algumas vezes como condutores são chamados de SEMICONDUTORES.

O germânio e o silício, quando puros, não são bons condutores nem bons isolantes, mas tornam-se excelentes condutores quando apenas um átomo em 10 milhões é substituído por uma impureza que adiciona ou retira elétrons da rede.

Os materiais comuns, mesmo os condutores, resistem ao fluxo de corrente através deles. Entretanto, num SUPERCONDUTOR a resistência é nula. Estabelecendose uma corrente em um anel supercondutor, ela se manterá inalterada por um longo tempo, sem necessidade de bateria ou de qualquer outra fonte de energia. O mercúrio sólido perde completamente sua resistência elétrica em temperaturas inferiores a 4,2 Kelvin (-268,8°C).

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09) Duas chapas metálicas, com cargas elétricas de sinais contrários, são interligadas por um fio metálico condutor, conforme a figura.

Através do fio deslocam-se:

(A) elétrons de B para A (B) prótons de A para B (C) prótons de A para B e elétrons de B para A (D) prótons de B para A e elétrons de A para B (E) elétrons de A para B

10) Os corpos que acumulam eletricidade são: (A) bons condutores. (B) maus condutores. (C) supercondutores. (D) neutros. (E) orgânicos.

1) Maria estava aprendendo na escola as propriedades de condução de eletricidade dos materiais. Seu professor de Física disse que materiais usados em nosso cotidiano, como madeira, borracha e plástico são, normalmente, isolantes elétricos, e outros, como papel alumínio, pregos e metais em geral, são condutores elétricos. O professor solicitou a Maria que montasse um instrumento para verificar experimen-talmente se um material é condutor ou isolante elétrico. Para montar tal instrumento, além dos fios elétricos, os componentes que Maria deve utilizar são:

(A) água e sal. (B) pilha e lâmpada. (C) capacitor e resistor. (D) voltímetro e diodo. (E) bobina e amperímetro.

12) Analise as afirmações abaixo:

I. Ao se ligar um condutor eletrizado à Terra, ele perde sua eletrização.

I. A pele seca é mais condutora de eletricidade do que a pele úmida.

I. Os elétrons livres são os responsáveis pela condução elétrica em todo e qualquer corpo.

Está(ão) correta(s):

(A) Apenas I (B) Apenas I. (C) Apenas I. (D) Apenas I e I. (E) Apenas I e I.

1E
2L
3 E
4T
5 R
6I
7C
8O

1. Propriedade que é nula nos materiais supercondutores. 2. Material que não permite a passagem do fluxo de elétrons ou deixa passar apenas um pequeno número deles. 3. São bons condutores de eletricidade. 4. Partícula responsável pela condução elétrica nos metais. 5. Ligação que causa a neutralização de um corpo eletrizado. 6. Exemplo de material semicondutor muito usado em circuitos eletrônicos. 7. Material que se comporta como supercondutor a baixas temperaturas. 8. Materiais que podem se comportar algumas vezes como isolantes e algumas vezes como condutores.

1) Sobre o experimento da condução em solução eletrolítica realizado em sala, explique por que a lâmpada não acende quando se troca sal de cozinha por açucar.

2) Em climas secos as pessoas estão mais sujeitas a levar choques quando tocam objetos metálicos. Explique por que isto ocorre.

3) Materiais isolantes podem ser eletrizados? Explique e dê um exemplo.

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Ao atritar-se dois corpos isolantes inicialmente neutros, provoca-se um contato intenso entre partes dos corpos. Tal contato permite a troca de elétrons, eletrizando-se positivamente o corpo que cede elétrons e negativamente o que recebe elétrons.

Cederá elétrons o átomo cujos elétrons da última camada estão menos fortemente ligados ao seu núcleo em relação aos átomos que compõe o outro material.

A eletrização por atrito ocorre, por exemplo, quando esfregamos uma folha de papel em uma régua de plástico:

Inicialmente tanto o papel como o plástico estão neutros, ou seja, possuem a mesma quantidade de carga positiva e negativa. Com o atrito ocorre transferência de elétrons de um corpo para outro. O papel perde elétrons e fica eletrizado com carga positiva. O plástico ganha elétrons e fica eletrizado com carga negativa:

Na Eletrização por Atrito, os corpos ficam carregados com:

• CARGAS DE MESMO VALOR (MÓDULO) e • CARGAS DE SINAIS CONTRÁRIOS.

Este fato é uma consequência do Princípio da Conservação da Carga Elétrica.

No processo de INDUÇÃO, a eletrização de um condutor neutro ocorre por simples aproximação de um corpo eletrizado, SEM QUE HAJA CONTATO ENTRE ELES. As cargas do objeto neutro (induzido) são separadas (polarizadas) pela aproximação do corpo eletrizado (indutor), ficando as cargas de mesmo sinal do indutor o mais distante possível dele.

Para manter o objeto induzido eletrizado, mesmo após o afastamento do indutor, devemos ligar o lado mais distante à Terra. Ao se ligar um condutor eletrizado à Terra, ele se descarrega do lado da ligação.

Ao se desfazer a ligação com a Terra o corpo induzido fica eletrizado com CARGA CONTRÁRIA à do indutor:

EXPERIMENTO: Após fazer a montagem da figura, aproxime o canudinho atritado e observe o que acontece com a fita de papel alumínio. (Não encoste o canudinho na fita). Toque o disco de cartolina com a mão e afaste o canudinho. Descreva e explique suas observações:

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A eletrização por CONTATO consiste em encostar um objeto já eletrizado 1 em um outro, eletricamente neutro 2.

Durante o contato as cargas irão se redistribuir entre os dois objetos, eletrizando o corpo neutro com cargas de MESMO SINAL do eletrizado.

Se os corpos forem iguais, após a separação eles ficarão eletrizados com a MESMA CARGA (mesmo valor e mesmo sinal).

EXPERIMENTO: Você pode observar a eletrização por contato através do pêndulo elétrico:

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