ATPS Aula-tema: Componentes Elétricos Básicos: Capacitor, Resistor E Indutor.

INTRODUÇÃO

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, 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.

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

PROCESSOS DE ELETRIZAÇÃO

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.

ELETRIZAÇÃO POR CONTATO

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

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.

LEI DE COULOMB

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 da outra.

Para duas cargas puntiformes q e Q, separadas por uma distância d, Coulomb concluiu:

• A intensidade da força elétrica é diretamente proporcional ao produto das cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância que as separa.

Podemos então escrever:

q Q kF=

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.

Q e q → carga elétrica ⇒ Coulomb (C) d → distância entre as duas cargas ⇒ metro (m) k → constante eletrostática ⇒ N. m2/C2

Direção → Coincidente com a direção da reta que une as cargas.

Sentido → depende dos sinais das cargas; casos as cargas possuam sinais iguais, teríamos:

Campo Elétrico

INTRODUÇÃO

Consideremos uma carga de prova q colocada num ponto A de um campo elétrico; sob ação da força elétrica, essa carga irá se deslocar até um ponto B desse campo.

O campo elétrico irá realizar sobre esta carga um trabalho τAB. Uma propriedade importante do campo elétrico é que ele é conservativo, ou seja, o valor do trabalho realizado independe da trajetória.

POTENCIAL ELÉTRICO E TENSÃO ELÉTRICA

Uma carga elétrica q, ao ser colocada num ponto A de um campo elétrico, adquire certa quantidade de energia potencial elétrica EP. Definimos o potencial elétrico do ponto A através da relação:

q EVPA=

Essa relação não depende da carga q utilizada, pois se mudarmos a carga q mudaremos também o valor da EP, mas a relação q

EP permanecerá constante.

UNIDADES NO SI: q→ carga elétrica ⇒ Coulomb (C)

EP → Energia Potencial ⇒ Joule (J) V → Potencial Elétrico ⇒ Joule/Coulomb (J/C) ou Volt (V)

Se considerarmos dois pontos A e B de um campo elétrico, sendo VA e VB os seus potenciais elétricos, definimos tensão elétrica ou diferença de potencial, ddp, entre os

Observe ainda que as grandezas trabalho, energia potencial, potencial elétrico e tensão elétrica são grandezas escalares e por este motivo, deveremos trabalhar com os sinais + e – das grandezas envolvidas na resolução dos exercícios.

17> Uma carga de prova q = 2 µC adquire certa quantidade de energia potencial elétrica 2 . 10-4 J ao ser colocada num ponto A de um campo elétrico; ao ser colocada em outro ponto B, adquire 3 . 10-4 J. Determinar: (a) os potenciais elétricos dos pontos A e B; (b) a diferença de potencial entre os pontos A e B.

ENERGIA POTENCIAL ELÉTRICA DE UM PAR DE CARGAS PUNTIFORMES

Seja Q e q duas cargas elétricas puntiformes, separadas por uma distância d, sendo q fixa.

Se quisermos determinar o valor da energia potencial elétrica adquirida pela carga q ao ser colocada no ponto A, temos