Nas próximas aulas estaremos apresentando o cabo de guerra eletrostático. Essa competição foi baseada no manual do mundo:
No cabo de guerra eletrostático cada grupo usa uma bexiga para atrair uma latinha de refrigerante até a linha demarcatória. As disputas serão realizadas em melhor de 3.
Em nossa segunda semana de aula, apresentamos o eletroscópio - instrumento que serve para detectar se um corpo está ou não carregado eletricamente.
Eletroscópio de Pêndulo
Eletroscópio de Folhas
Apresentamos para os alunos 4 experiências que deverão ser realizadas em nossa próxima aula. Lembrem-se os eletroscópios devem vir prontos, assim como os grupos. O relatório será discutido em sala de aula.
Energia armazenada de forma elétrica. No SI é medida em Joule (J).
Potencial elétrico:
É a relação da Energia potencial com a carga. No SI é medido em Volt (V).
Substituindo o conceito de energia potencial na definição de potencial elétrico, temos:
OBS: As expressões de energia potencial e de potencial elétrico são escalares, logo o sinal da carga define o sinal dessas grandezas.
Entenda Melhor o que é d.d.p.
Para uma melhor compreensão da importância da ddp dentro da eletricidade iremos fazer uma analogia com a hidrostática.
Observe a figura abaixo e note que o nível do líquido é o mesmo dos dois lados do tubo (vaso comunicante).
Neste caso não existe movimento do líquido para nenhum dos dois lados. Para que ocorra movimento é necessário um desnivelamento entre os dois lados do tubo.
Neste caso o líquido tenderá a se mover até que os dois lados do tubo se nivelem novamente.
Podemos concluir que para existir movimento é necessário que exista uma diferença de nível entre os dois lados do tubo (ddn).
Para que o líquido fique sempre em movimento podemos colocar uma bomba para retirar a água de um lado para o outro, fazendo com que sempre haja uma ddn entre os dois tubos.
Podemos fazer uma analogia da situação descrita anteriormente com o movimento das cargas elétricas. Para isso vamos trocar os tubos por condutores elétricos (fios), a bomba por um gerador (pilha) e passaremos a ter a seguinte situação:
Da mesma forma que a bomba mantém uma diferença de nível para manter o movimento do líquido, o gerador mantém a diferença de potencial elétrico (ddp) para manter o movimento ordenado dos elétrons.
5.1 – ANALOGIA DO CAMPO ELÉTRICO COM O CAMPO GRAVITACIONAL
Para entendermos o conceito de campo elétrico façamos uma analogia com o campo gravitacional.
Sabemos que a Terra cria um campo gravitacional em torno de si e cada ponto desse campo existe um vetor campo gravitacional g. Assim um corpo colocado num ponto desse campo fica sujeito a uma força de atração gravitacional chamada Peso.
Com as cargas elétricas o fenômeno é semelhante, um corpo eletrizado cria em torno de si um campo elétrico. Cada ponto desse campo é caracterizado por um vetor campo elétrico E. Qualquer carga colocada num desses pontos ficará submetida a uma foça elétrica. A grande diferença aqui é que a força poderá ser de atração ou repulsão.
Para determinarmos o módulo do vetor campo elétrico podemos recorrer a analogia feita anteriormente com o campo gravitacional. Sabemos que a aceleração da gravidade local pode ser calculada como sendo a razão do Peso e da massa de um corpo colocado na região do campo gravitacional.
g = P / m
Portanto o campo elétrico de uma carga de prova q colocada em um ponto desse mesmo campo será dado pela razão da Força sobre ela (natureza elétrica) e o valor dessa carga.
Direção e Sentido:
Direção => É a mesma direção da Força Elétrica.
Sentido => se q > 0, o sentido é o mesmo da força;
Se q < 0, o sentido é o contrário da força.
Unidades no SI:
q => carga elétrica => Coulomb (C)
F => Força Elétrica => Newton (N)
E => Campo Elétrico => Newton/Coulomb (N/C)
5.2 – VETOR CAMPO ELÉTRICO
A direção e o sentido do Campo Elétrico depende apenas da carga geradora.
Carga Geradora Positiva possui campo elétrico de afastamento.
Carga Geradora Negativa possui campo elétrico de aproximação.
5.3 – CAMPO ELÉTRICO GERADO POR UMA CARGA PUNTIFORME
Consideremos uma carga puntiforme Q. Colocamos uma carga de prova q a uma distância d da carga geradora Q. Imaginando que as duas cargas são positivas, termos a situação que se segue:
Importante:
Como conseqüência, do que vimos acima, podemos concluir que o campo elétrico no ponto estudado não depende da carga de prova e sim da carga que gera o campo
5.4 – CAMPO ELÉTRICO GERADO POR VÁRIAS CARGAS PUNTIFORMES.
Caso tenhamos mais do que uma carga puntiforme gerando campo elétrico, como na figura abaixo, o campo elétrico resultante será dado pela soma vetorial dos vetores campos elétricos produzidos por cada uma das cargas.
Neste caso o campo resultante no ponto P é a soma vetorial de cada um dos campos elétricos.
5.5 – CAMPO ELÉTRICO UNIFORME.
Um campo elétrico é chamado uniforme quando o vetor campo elétrico for o mesmo em todos os pontos desse campo. Este tipo de campo pode ser obtido através da eletrização de uma superfície plana, infinitamente grande e com uma distribuição homogênea de cargas.
5.5 – LINHAS DE CAMPO (LINHAS DE FORÇA).
Quando quisermos visualizar a distribuição de um campo elétrico através do espaço, nós o faremos através do contorno das suas linhas de força que, por definição, são linhas imaginárias construídas de tal forma que o vetor campo elétrico seja tangente a elas em cada ponto. As linhas de força são sempre orientadas no mesmo sentido do campo.
No caso de um campo elétrico gerado por uma carga puntiforme isolada, as linhas de força serão semi-retas.
Abaixo temos as linhas de campo para cargas positiva e negativa isoladas:
A seguir você tem o aspecto do campo elétrico resultante, gerado por duas cargas puntiformes iguais e positivas.
Se tivermos uma carga positiva próxima de uma carga negativa:
No fim do século XVIII, o físico francês Charles Augustin Coulomb realizou uma série de experiências que permitiram medir o valor da força eletrostática que age sobre uma carga elétrica puntiforme, colocada uma em presença de uma outra.
Para duas cargas puntiformes qe Q, separadas por uma distância d, Coulomb concluiu:
A intensidade da foça elétrica é diretamente proporcional ao produto das cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância que as separa.
Podemos então escrever:
A constante k mostra a influência do meio onde a experiência é realizada. No vácuo, utilizando as unidades do SI seu valor será: k = 9 . 109 N.m2/C2.
Unidades no SI:
Q e q => carga elétrica => Coulomb (C)
d => distância entre as duas cargas => metro (m)
k => constante eletrostática => N. m2/C2
Direção e Sentido:
Direção => Coincidente com a direção da reta que une as cargas.
Sentido => depende dos sinais das cargas; casos as cargas possuam sinais opostos, teríamos exatamente como na figura anterior.
Um corpo eletrizado, cuja dimensão é desprezível em relação às distâncias que o separam de outros corpos, será chamado de carga puntiforme.
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, como planetas descrevendo órbitas em torno do Sol. Essa região periférica do átomo é chamada de eletrosfera.
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.
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”.
2 – PROCESSOS DE ELETRIZAÇÃO
2.1 - 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.
Quando um corpo neutro é posto em contato com um corpo eletrizado, eletriza-se com carga do mesmo sinal.
2.3 - 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.
OBS: Caso a região ligada à terra seja positiva, haverá deslocamento de elétrons da terra para o corpo, fazendo com que o corpo fique negativo.
3 - ELETROSCÓPIOS
Para constatar se um corpo está ou não eletrizado, utilizamos dispositivos denominados eletroscópios. Existem os eletroscópios de folhas e o de pêndulo.
(A) PÊNDULO
(B) FOLHAS
Veja um vídeo que mostra a experiência com os dois eletroscópios:
Os alunos dos 3º A, 3º B e 3º C construíram seus eletroscópio e deram início na disputa de grupos deste ano. A força de vontade em busca do sucesso no experimento foi o ponto alto.
Eletroscópio de Folhas
Eletroscópio de Pêndulo
Mais uma vez todos os grupos conseguiram realizar a 1ª Experiência. Nem todos realizaram as 4 experiências, mas mais de 75 % dos grupos conseguiram. Parabéns a todos que se envolveram.
5.1 – Analogia do campo elétrico com o Campo Gravitacional
Para entendermos o conceito de campo elétrico
façamos uma analogia com o campo gravitacional.
Sabemos que a Terra cria um campo gravitacional
em torno de si e cada ponto desse campo
existe um vetor campo gravitacional g. Assim um corpo colocado num ponto desse
campo fica sujeito a uma força de atração gravitacional chamada Peso.
Com
as cargas elétricas o fenômeno é semelhante, um corpo eletrizado cria em torno
de si um campo elétrico. Cada ponto desse campo é caracterizado por um vetor
campo elétrico E. Qualquer carga colocada num desses pontos ficará submetida a
uma foça elétrica. A grande diferença aqui é que a força poderá ser de atração
ou repulsão.
Para determinarmos o módulo do vetor campo elétrico
podemos recorrer a analogia feita anteriormente com o campo gravitacional.
Sabemos que a aceleração da gravidade local pode ser calculada como sendo a
razão do Peso e da massa de um corpo colocado na região do campo gravitacional.
g = P / m
Portanto o campo elétrico de uma carga de prova q
colocada em um ponto desse mesmo campo será dado pela razão da Força sobre ela
(natureza elétrica) e o valor dessa carga.
Direção
e Sentido:
Direção => É a mesma direção da Força Elétrica.
Sentido => se q > 0, o sentido é o mesmo da força;
Se q < 0, o sentido é o contrário da força.
Unidades
no SI:
q => carga elétrica => Coulomb (C)
F => Força Elétrica => Newton (N)
E => Campo Elétrico => Newton/Coulomb (N/C)
5.2 – Vetor Campo Elétrico
A direção e o sentido do Campo Elétrico depende apenas da carga geradora.
Carga Geradora Positiva possui campo elétrico de afastamento.
Carga Geradora Negativa possui campo elétrico de aproximação.
5.3 – Campo Elétrico gerado por uma carga puntiforme
Consideremos
uma carga puntiforme Q. Colocamos
uma carga de prova q a uma distância
d da carga geradora Q. Imaginando
que as duas cargas são positivas, termos a situação que se segue:
Importante:
Como conseqüência, do
que vimos acima, podemos concluir que o campo elétrico no ponto estudado não
depende da carga de prova e sim da carga que gera o campo
5.4 – Campo Elétrico gerado por Várias cargas puntiformes.
Caso tenhamos mais do que uma carga puntiforme gerando
campo elétrico, como na figura abaixo, o campo elétrico resultante será dado
pela soma vetorial dos vetores campos elétricos produzidos por cada uma das
cargas.
Neste caso o campo resultante no ponto P é a soma vetorial de cada um dos campos elétricos.
5.5 – Campo Elétrico Uniforme.
Um
campo elétrico é chamado uniforme quando o vetor campo elétrico for o mesmo em
todos os pontos desse campo. Este tipo de campo pode ser obtido através da
eletrização de uma superfície plana, infinitamente grande e com uma
distribuição homogênea de cargas.
5.5 – LinHas De Campo (Linhas de Força).
Quando quisermos visualizar
a distribuição de um campo elétrico através do espaço, nós o faremos através do
contorno das suas linhas de força que, por definição, são linhas imaginárias
construídas de tal forma que o vetor campo elétrico seja tangente a elas em
cada ponto. As linhas de força são sempre orientadas no mesmo sentido do campo.
No caso de um campo elétrico
gerado por uma carga puntiforme isolada, as linhas de força serão semi-retas.
Abaixo temos as linhas de campo para cargas positiva e negativa isoladas:
A seguir você tem o aspecto do campo elétrico
resultante, gerado por duas cargas puntiformes iguais e positivas.
Se tivermos uma carga positiva próxima de uma carga negativa:
