Projeto

1



Projeto A prática das
Ciências Exatas e Naturais no viés da formação de
futuros Engenheiros
FINEP
Financiadora de Estudos e Projetos Ministério da
Ciência e Tecnologia
Universidade Estadual do Oeste do Paraná
FUNDEP Fundação de Apoio ao Ensino, Extensão
e Pesquisa e Pós-Graduação
APMF WJ - Colégio Estadual Wilson Joffre

2
Eletrostática
3

• Carga elétrica
• Condutores e isolante (dielétrico)
• Processos Eletrização Por atrito, Por indução,
  Por contato, Por aquecimento e Por pressão
• Lei de Coulomb
• Quantização da carga elétrica
• Eletroscópio
• Campo elétrico

4
Eletrostática Experimentos Garrafa pet,
canudinho, papel higiênico, alfinete Gerador Van
de Graaff G.V. Torre com cabeleira G.V.
Eletroscópio de folha e pendulo G.V. Hélice
(torniquete) ionização G.V. lâmpadas na presença
do campo G.V. Linha de campo retro-projeto G.V.
descarga elétrica (pequenos raios no escuro)
G.V. potencial elétrico multimetro e ponta de
prova G.V. garrafa de leyden
5
(No Transcript)
6
(No Transcript)
7
Portadores de Cargas
Os portadores de carga elétrica são elétrons -
que transportam carga negativa Íons - Cátions
transportam cargas
positivas Ânions cargas negativas
8
Partícula Carga (C) Massa (Kg)
elétron -1,6021917 x 10-19 9,1095 x 10-31Kg
próton 1,6021917 x 10-19 1,67261 x 10-27Kg
nêutron 0 1,67492 x 10-27Kg
9
Condutores elétricos São materiais que apresentam
portadores de cargas elétricas (elétrons ou íons)
quase livres, o que facilita a mobilidade dos
mesmos em seu interior. São considerados bons
condutores, materiais com alto número de
portadores de cargas elétricas livres e que
apresentam alta mobilidade desses portadores de
cargas elétricas.
10
(No Transcript)
11
Isolantes ou dielétricos Os materiais isolantes
se caracterizam por não apresentar portadores de
cargas elétricas livres para movimentação. Nesses
materiais, a mobilidade dos portadores de cargas
elétricas é praticamente nula, ficando os mesmos
praticamente fixos no seu interior. Exemplos
borracha, madeira, água pura, etc
12
(No Transcript)
13
Por atrito   Foi o primeiro processo de
eletrização conhecido. Quando duas substâncias de
naturezas diferentes são atritadas, ambas se
eletrizam.
14
Por indução Quando um corpo neutro é colocado
próximo de um corpo eletrizado, sem que haja
contato entre eles, o corpo neutro se eletriza.
Esse fenômeno é chamado indução eletrostática.
15
Por contato  Quando um corpo neutro é colocado
em contato com um corpo eletrizado, por meio de
um fio condutor, o corpo neutro se eletriza
16
Por aquecimento  Certos corpos, quando
aquecidos, eletrizam-se, apresentando
eletricidades de nomes contrários em dois pontos
diametralmente opostos. O fenômeno é chamado
fenômeno piroelétrico. É mais comum em cristais,
como por exemplo na turmalina.
17
Por pressão Certos corpos, quando comprimidos,
eletrizam-se, apresentando eletricidades de nomes
contrários nas extremidades. O fenômeno é chamado
fenômeno piezoelétrico. Também é mais comum em
cristais, como por exemplo, turmalina, calcita e
quartzo.
18
Pele humana secaCouroPele de coelhoVidroCabelo
humanoFibra sintética (nylon)LãChumboPele de
gatoSedaAlumínioPapelAlgodãoAçoMadeiraÂmbar
Borracha duraNíquel, Cobre,Latão, Prata,Ouro,
Platina,PoliésterIsoporFilme PVC
('magipack')PoliuretanoPolietileno ('fita
adesiva')PolipropilenoVinil (PVC)SiliconeTeflo
n
Séries triboelétricas
-

Vidro Mica Lã Seda Algodão Madeira
Âmbar Enxofre Metais
19
(No Transcript)
20
(No Transcript)
21
Raio, Trovão e Relâmpago
22
(No Transcript)
23

• O trovão é uma onda sonora provocada pelo
  aquecimento do canal principal durante a subida
  da Descarga de Retorno. Ele atinge temperaturas
  entre 20 e 30 mil graus Celsius em apenas 10
  microssegundos (0,00001 segundos). O ar aquecido
  se expande e gera duas ondas a primeira é uma
  violenta onda de choque supersônica, com
  velocidade várias vezes maior que a velocidade do
  som no ar e que nas proximidades do local da
  queda é um som inaudível para o ouvido humano a
  segunda é uma onda sonora de grande intensidade a
  distâncias maiores. Essa constitui o trovão
  audível.

24

• Lenda Se não está chovendo não caem raios.
• Verdade Os raios podem chegar ao solo a até 15
  km de distância do local da chuva.
• Lenda Sapatos com sola de borracha ou os pneus
  do automóvel evitam que uma pessoa seja atingida
  por um raio.
• Verdade Solas de borracha ou pneus não protegem
  contra os raios. No entanto, a carroceria
  metálica do carro dá uma boa proteção a quem está
  em seu interior sem tocar em partes metálicas.
  Mesmo que um raio atinja o carro é sempre mais
  seguro dentro do que fora dele.
• Lenda As pessoas ficam carregadas de
  eletricidade quando são atingidas por um raio e
  não devem ser tocadas.
• Verdade As vítimas de raios não "dão choque" e
  precisam de urgente socorro médico, especialmente
  reanimação cardio-respiratória.
• Lenda Um raio nunca cai duas vezes no mesmo
  lugar.
• Verdade Não importa qual seja o local ele pode
  ser atingido repetidas vezes, durante uma
  tempestade. Isto acontece até com pessoas.

25
PRINCÍPIO ELETROSTÁTICO
PRÍNCIPIO DE ATRAÇÃO E REPULSÃO


F
F
-
-
F
F
-

F
F
26
Cargas elétricas de mesmo sinal se repelem e as
de sinais opostos se atraem
27
Carga elétrica não se cria, não se perde, apenas
se transfere
PRÍNCIPIO DE CONSERVAÇÃO DA CARGA ELÉTRICA
Num sistema eletricamente isolado, a soma das
cargas elétricas é constante.
28
Q
3Q
Q
-5Q
1
2
-
-
-



1
2
2

Q
!
Q
!
1

Q
Q

Q
!
Q
!
2
1
DEPOIS DO CONTATO
ANTES DO CONTATO

2
-2Q
Q
Q
1
3Q(-5Q)
-Q

Q
!
Q
!




1
2
2
2
2
2
1
Q
!
Q
!

-Q

29
Lei de Coulomb

• Charles Coulomb mediu as forças eléctricas entre
  duas pequenas esferas carregadas
• Ele descobriu que a força dependia do valor das
  cargas e da distância entre elas

30
LEI DE COULOMB
Q
Q
1
2
F
F


d
Q
Q
1
-
2
-
F
F
d
Q
Q
2
1
-
F
F

d
31
F
z
KConstate eletrostática
Q
Q

.
K
1
2
1
K
Q
Q
1
.
.
F

1
2
2
d
2
d
K
Q
Q
.
.
F

1
2
2
d
32
Q
Q
K
Q
Q
2
.
.
1
F

d
1
2


2
d
1
Q
Q
1
2
K
Q
Q
14
2d
.
.
F



1
2
d
2
Q
Q
1
2
19
K
Q
Q
3d
.
.
F



1
d
2
3
F

F

1/4F
1/9F
3
2
1
1
33
Q
Q
K
Q
Q
1
2
.
.
F

d
1


d
2
1
Q
Q
1
2
4.K
Q
Q
d/2
F

.
.


1
d
2
2
Q
Q
2
1
9.K
Q
Q
d/3
.
.
F



1
2
2
d
3
F

F

4F
9F
3
2
1
1
34
Q
Q
K
Q
Q
2
.
.
1
F

d
1
2


2
d
1
2Q
Q
2
1
2K
Q
Q
d
.
.

F


2
1
2
d
2
3Q
Q
2
1
d
3K
Q
Q


.
.
F

2
1
d
2
3
F

F

2F
3F
3
2
1
1
35
F
F


36
Campo elétrico
37
(No Transcript)
38
(No Transcript)
39
(No Transcript)
40
TRABALHO DA FORÇA ELÉTICA
Q
gt 0
q
gt 0
F


SENTIDO NATURAL DO DESLOCMENTO
?
gt0
Q
gt 0
q
lt 0
F


SENTIDO NATURAL DO FORÇADO
?
lt0
41
A
C
B
?
?
?


C
B
A
O Trabalho não depende da trajetória.
42
Q
q
F
B
d
A
d
A
?
AB
F.d
AB

AB
?
q.K Q.(1 1)

AB
d
d
A
B
43
Q
q
F
8
B
d
A
d
A
AB
0
?
q.K Q.(1 1)

8
A
d
d
A
B
?
q.K .Q
Podemos afirmar que esse é o maior trabalho da
força elétrica, para deslocar uma carga do ponto
A até o infinito

8
A
d
A
44
ENERGIA PONTENCIAL ELÉTRICA
?
?
0

q.K Q.(1 1 )
q.K .Q
8
A

8
A
d
d
A
d
B
A
Sendo EpB 0 por considerar o infinito como
referencial
?
0
E
E

-
8
A
P
P
A
B
?
E
q.K .Q

E

8
A
P
A
P
A
d
A
45
(No Transcript)
46
POTENCIAL ELÉTRICO
A grandeza escalar potencial elétrico é definida
como a energia potencial elétrica por unidade de
carga.Colocando-se uma carga q num ponto A de
um campo elétrico de uma carga puntiforme Q,
adquire uma energia potencial elétrica EpA. A
relação potencial, energia potencial elétrica e
carga é
47
E
q.K .Q
E
P
V

A

q
P
A
A
d
A
q.K .Q
d
E
A
K .Q

P
V

A

d
q
q
A
A
1V
K .Q
1 joule
V
1 volt



d
A
1coulomb
A
48
POTENCIAL DE VÁRIAS CARGAS
Q1
d1
Q2
P
d2
d3
VP
V1
V2
V3
Q3
O POTENCIAL NUMA REGIÃO SOBRE A INFLUÊNCIA DE
VÁRIOS CAMPOS É A SOMA DOS POTENCIAIS ELÉTRICOS
GERADO POR ESSES CAMPOS
49
DIFERENÇA DE POTENCIAL (U)
Q
q
F
B
A
d
AB
?
?
E
E

-
q.VA -
q.VB

A
B
P
A
P
A
B
B

E

q.VA
?
P
q.(VA -
VB)
A

A
E
B

q.VB
P
B
50
DIFERENÇA DE POTENCIAL (U)
?
q.(VA -
VB)

A
B
UAB
É chamado de diferença de potencial elétrica
entre os pontos A e B (ddp) ou tensão elétrica
entre os pontos A e B.
?
AB
U

q
51
VARIAÇÃO DO POTENCIAL AO LONGO DE UMA LINHA DE
FORÇA
Q
A
B
C

Como dAltdB ltdc, temos VA gtVB gtVC
K .Q
V

d
Percorrendo uma linha uma linha de força no seu
sentido, encontramos sempre pontos de menor
potencial.
VA gtVB gtVC
A
B
C
52
VARIAÇÃO DO POTENCIAL AO LONGO DE UMA LINHA DE
FORÇA
Q
A
B
C
-
Como dA lt dB lt dc, temos VA gt VB gt VC
K .Q
V

d
Percorrendo uma linha de força no seu sentido,
encontramos sempre pontos de menor potencial.
VA gt VB gt VC
A
B
C
53
DIFERENÇA DE POTENCIAL NUM CAMPO ELÉTRICO UNIFORME
?
E
q.(VA -
VB)

A
B
F
UAB
q
?
q.E.d

A
d
B
q.E.d
q.(VA -
VB)
VA

VB
UAB
E.d
54
SUPEFÍCIE EQUIPOTENCIAL
Numa superfície equipotencial as linhas de força
são sempre perpendiculares às superfícies
equipotenciais.
VB
VA
VB
VA
55
(No Transcript)