Eletrostática Cargas Elétricas Conceitos Fundamentais
Por: Ray Xavier • 11/11/2021 • Seminário • 1.905 Palavras (8 Páginas) • 96 Visualizações
Eletrostática | Ray Xavier
Cargas Elétricas
Conceitos Fundamentais
Toda a matéria que conhecemos é formada por moléculas. Esta, por sua vez, é formada de átomos, que são compostos por três tipos de partículas elementares.
Os átomos são formados por um núcleo, onde ficam os prótons e nêutrons e uma eletrosfera, onde os elétrons permanecem, em órbita.
Os prótons e nêutrons têm massa praticamente igual, mas os elétrons têm massa milhares de vezes menor. Sendo m a massa dos prótons, podemos representar a massa dos elétrons como .[pic 1]
Se pudesse ser feito um experimento de forma que separasse as cargas elementares, e, se lançássemos estes em direção à um imã, poderíamos notar que o elétron iria para um lado, o próton para outro lado oposto e o nêutron não alteraria sua rota normal. Daí que se prova a existência de cargas elétricas.
As cargas elétricas de próton e elétron são iguais em módulo, mas com sinais opostos. Este valor é chamado de , onde C é a unidade de medida de carga: Couloumb.[pic 2]
Um corpo pode sofrer perdas ou ganhos de elétrons de vários modos. Na física elementar, o estudo gira em torno apenas de transferências de elétrons, portanto, o positivo é na verdade a falta do negativo. Na física nuclear que o objeto de estudo é o que está dentro do núcleo.
Eletrização
- Um corpo neutro é aquele em que o número de prótons e elétrons é igual, fazendo com que sua carga total seja nula.
- Um corpo eletrizado negativamente é aquele em que o número de elétrons supera o número de prótons, de tal modo que sua carga total é negativa.
- Um corpo eletrizado positivamente é aquele em que o número de prótons supera o número de elétrons, de tal modo que sua carga total é positiva.
Eletrizar, portanto, é deixar um corpo com uma quantidade distinta de prótons e elétrons, por meio da mudança do número de elétrons.
A carga elétrica de um corpo é dada por: .[pic 3]
Onde:
Q é a carga elétrica. [C]
n é a quantidade de cargas elementares [n>0]
e é a carga elementar [constante]
- Eletrização por Atrito: Modo de eletrizar corpos, dado pelo atrito entre 2 corpos neutros, de materiais distintos, mostra que ficam eletrizados, um negativamente e outro positivamente, dependendo da natureza do material. Ambos terminam com mesma carga, porém com sinais opostos.
- Eletrização por Contato: Dado por 2 corpos condutores, onde um deles está eletrizado, colocados em contato. A carga elétrica possui a propriedade de tentativa de estabilizar, de modo que vai rearranjar de modo que ambos terminem com a mesma carga. A carga é dada pela média aritmética entre as duas. Corpos em contato com a terra tendem a serem neutralizados.
- Eletrização por Indução eletrostática: Primeiramente, um bastão eletrizado com + ou -, é colocado próximo de um corpo condutor eletricamente neutro. Pelo princípio da atração e repulsão, o corpo neutro tende a ser dividido, onde as cargas opostas à do bastão, virão para próximo do bastão eletrizado. O próximo passo seria ligar o corpo à terra, ainda com o bastão próximo. Neste caso, as outras cargas que estão sendo repelidas irão para o terra, enquanto às que estão sendo atraídas ficarão, tornando o corpo eletricamente positivo ou negativo.
Lei de Coulomb
Refere-se as forças de interação (Repulsão e Atração) entre duas cargas elétricas puntiformes. Como se sabe, cargas opostas se atraem e cargas iguais se repelem. A força com que isto acontece é dada por:
[pic 4]
Onde:
K é a constante eletrostática, dada por: [pic 5]
Se Q1.Q2>0 -> Cargas Iguais -> Força de Repulsão
Se Q1.Q2<0 -> Cargas Opostas -> Força de Atração
Campo Elétrico
Assim como a terra tem um campo gravitacional vetorial, a carga elétrica também tem seu campo, que vai interagir com as outras cargas próximas. Dado que temos uma carga próxima Q2, o campo produzido por uma carga Q pode ser medido por:
[pic 6]
Portanto, o campo é criado pela carga, e tende a produzir uma força de interação em relação à cargas próximas dele. Como são grandezas vetoriais, possui mesmo sentido e direção se Q2>0 e sentidos opostos se Q2<0. Ou seja, cargas positivas geram campos divergentes e cargas negativas geram campos convergentes.
A unidade de Campo Elétrico é N/C.
[pic 7]
Quando duas ou mais partículas estão próximas o suficiente para que o campo de um intefira na outra e vice-versa, deve-se calcular o campo resultante em cada uma das cargas ou em algum ponto entre elas. Como são grandezas vetoriais, o campo resultante é dado pelo soma vetorial dos campos individuais.
[pic 8]
Como estão em sentidos opostos, o módulo é dado pela diferença entre o maior e o menor, e a direção é a mesma.
No caso de haver um ângulo entre estes campos, utilizamos a regra do paralelogramo para definir qual a direção e sentidos resultante.
[pic 9]
De forma geral, se temos N cargas, o campo resultante em qualquer ponto entre elas, será dado pela soma vetorial entre cada campo gerado por cada carga.
- Campo Elétrico Uniforme
Dizemos que o campo elétrico é uniforme na região, quando suas linhas de força são paralelas e igualmente distantes uma das outras, ou seja, o vetor E, tem mesma direção, sentido e intensidade em todos os pontos.
Um modo de se obter, é:
[pic 10]
Potencial Elétrico
Como foi dito anteriormente, uma carga de prova colocada em um campo elétrico gerado por outra carga, sofre uma força, e consequentemente, adquire uma energia cinética. Para que um corpo possua energia cinética em um certo momento, anteriormente, esta energia estava guardada na forma de potencial. Quando esta energia está ligada a atuação de um campo elétrico, dizemos que esta energia é Potencial Elétrica, e possui valor:
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