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:
A questão deverá ser enviada apenas uma vez, caso contrário será considerado envio errado. A resposta deverá ser colocada no corpo da mensagem (não pode ser anexada). O assunto do e-mail deverá ser o grupo e a sala (Ex: g2-1d), no caso do grupo estar associado a outro, basta enviar os dois grupos (g2-1d e g3-3a). Não pode haver associações entre 3 grupos. A questão deve ser enviada para o e-mail:
fisica_idesa@terra.com.br
Horário de Entrega
Desde agora até sábado (22/03/2014) às 20h30min
Pontuação da Questão
Resposta certa: 1000 Pontos
Resposta errada: - 100 Ponto
Envio Errado: - 200 Pontos
Bônus
1º da sala: 300 Pontos
2º da sala: 200 Pontos
3º da sala: 100 Pontos
último da sala: 200 Pontos
1º de todas as salas: 300 Pontos
Último de todas as salas: 300 Pontos
Questão
Dificuldade: Fácil para Média
Observe a Foto:
Observe o Vídeo:
O cartaz mostra uma grande guerra que ocorreu na ciência e o vídeo ilustra sobre isso.
Qual era essa guerra? Quem foram os personagens principais envolvidos?
Eletroímã: O grupo deverá construir um eletroímã afim de atrair clipes numa competição entre os grupos da sala. O eletroímã deverá vir pronto de casa. O eletroímã deverá possuir apenas uma pilha de no máximo 1,5 V de tensão elétrica (pode ser recarregável).
Material a Ser Utilizado
•Prego de até 15 cm de comprimento.
•1 pilha de no máximo 1,5 V. Pode ser pilha recarregável.
•Fio para fazer o eletroímã.
•Material de proteção para o dedo.
Regras de Construção
•O fio deverá ser enrolado no prego da forma que o grupo julgar melhor.
•A ligação do fio na pilha será feito pelos dedos.
•Qualquer dúvida na construção o professor deve ser procurado.
A Competição
1> Cada grupo terá duas chances para levantar os clipes, valendo sempre sua melhor marca. Após levantar os clipes o aluno deverá esperar por 10 s para que sejam validados os clipes que estão presos ao eletroímã.
2> Os primeiros colocados de cada sala se classificam para a fase final que é realizada no sistema mata-mata. Numa disputa de melhor de 3 as equipes se enfrentam até a final.
Durante a aula de Revisão do Movimento Circular Uniforme falamos de Período e Frequência, suas relações e importâncias.
Relacionamos grandezas escalares com grandezas angulares, vimos que essa relação passa pela comparação com o Raio. Abaixo listamos várias expressões importantes no MCU:
A questão deverá ser enviada apenas uma vez, caso contrário será considerado envio errado. A resposta deverá ser colocada no corpo da mensagem (não pode ser anexada). O assunto do e-mail deverá ser o grupo e a sala (Ex: g2-1d), no caso do grupo estar associado a outro, basta enviar os dois grupos (g2-1d e g3-3a). Não pode haver associações entre 3 grupos. A questão deve ser enviada para o e-mail:
fisica_idesa@terra.com.br
Horário de Entrega
Desde agora até hoje sábado (15/03/2014) às 20h30min
Pontuação da Questão
Resposta certa: 800 Pontos
Resposta errada: - 1 Ponto
Envio Errado: - 100 Pontos
Bônus
1º da sala: 300 Pontos
2º da sala: 200 Pontos
3º da sala: 100 Pontos
último da sala: 200 Pontos
1º de todas as salas: 200 Pontos
Último de todas as salas: 200 Pontos
Questão
Dificuldade: Muito Fácil
Observe a Foto:
Resolva o enigma
Professor doutor, pesquisador, CBPF, grupo vencedor da maratona de 2013.
Quem é?
A questão deverá ser enviada apenas uma vez, caso contrário será considerado envio errado. A resposta deverá ser colocada no corpo da mensagem (não pode ser anexada). O assunto do e-mail deverá ser o grupo e a sala (Ex: g2-1d), no caso do grupo estar associado a outro, basta enviar os dois grupos (g2-1d e g3-3a). Não pode haver associações entre 3 grupos. A questão deve ser enviada para o e-mail:
fisica_idesa@terra.com.br
Horário de Entrega
Desde agora até hoje sábado (08/03/2014) às 20h30min
Pontuação da Questão
Resposta certa: 800 Pontos
Resposta errada: - 1 Ponto
Envio Errado: - 100 Pontos
Bônus
1º da sala: 300 Pontos
2º da sala: 200 Pontos
3º da sala: 100 Pontos
último da sala: 200 Pontos
1º de todas as salas: 200 Pontos
Último de todas as salas: 200 Pontos
Questão
Dificuldade: Fácil
Resolva o enigma abaixo:
Dia de hoje => nome completo e nacionalidade na foto (apenas uma pessoa).
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.
Na próxima semana teremos o cabo de guerra eletrostático nas salas do 3º A, 3º B e 3º C. Essa competição foi baseada no manual do mundo:
No cabo de guerra eletrostático cada grupo usa uma bexiga atritada e utiliza a mesma para atraí-la até a linha demarcatória. As disputas serão realizadas em melhor de 3.
O grupo deverá preencher um relatório. Basta clicar no link abaixo: