Eletrostática Flashcards
carga elétrica
existe nos átomos de acordo com os elétrons e os prótons que possuem
carga elementar= 1,6.10^-19 sendo + para o próton e - para o elétron
átomo eletricamente neutro
número de prótons é igual ao número de elétrons
átomo positivamente carregado
número de prótons é maior que o número de elétrons. Íons positivos, cátion
átomo negativamente carregado
número de elétrons é maior que o número de prótons. Íons negativos, ânion
princípio da atração e da repulsão
cargas de mesmo sinal se repelem e cargas de sinais opostos se atraem
quantização de cargas elétricas
- é sempre um múltiplo inteiro de valor mínimo ( valor mínimo= carga elementar)
- corpo neutro, número de prótons e elétrons é igual portanto a carga total é igual a zero
- corpo positivo perdeu elétrons e ficou eletrizado positivamente, a carga total fica com sinal positivo
ex: se o corpo fica com 1 elétron e 3 prótons, um elétron se anula com um próton e sobram dois prótons como carga, sendo assim Q=2. 1,6.10^-19
Q= 3,2.10^-19 - corpo negativo, ganha elétrons e fica eletrizado negativamente, a carga total fica negativa
ex: se o corpo estiver com saldo de 2 elétrons Q= 2. (-1,6.10^-19)
Q=- 3,2.10^-19
Equação da quantidade de carga elétrica
Q= n.e
processos de eletrização
- atrito
- contato
- indução
eletrização por atrito
ao atritar dois corpos neutros, eles trocam cargas, ficam assim, com o mesmo valor em cargas, mas de sinais contrários
- precisa obrigatoriamente ser entre materiais diferentes
- o corpo que têm mais facilidade para doar elétrons fica positivo e que tem menos recebe esses elétrons ficando negativo
- cargas iguais em módulo
eletrização por atrito
- ao atritar dois corpos neutros, eles trocam cargas, ficam assim, com o mesmo valor em cargas, mas de sinais contrários
- um condutor e um isolante
- precisa obrigatoriamente ser entre materiais diferentes
- o corpo que têm mais facilidade para doar elétrons fica positivo e que tem menos recebe esses elétrons ficando negativo
- cargas iguais em módulo
eletrização por contato
- pelo menos um dos corpos precisa já estar eletrizado
- dois condutores
- para que ocorra, é necessário que haja diferença de potencial entre os corpos
- quando o contato é entre dois corpos idênticos, de mesmo tamanho, a carga final de ambos os corpos será a média das cargas dos dois somadas antes do contato ( mesma regra para mais de dois corpos)
ex: dois corpos com cargas =10 e -2, após sofrerem eletrização por contato ficam cada um com carga +4 - quando o contato ocorre entre corpos diferentes, a quantidade final de carga de cada um será proporcional ao seu tamanho (influencia da capacitância/capacidade elétrica, pois ela é alterada ao alterar-se o tamanho dos corpos)
(olhar o formato de resolução no caderno)
Qa+Qb antes do contato= Qa+Qb depoisdo contato
-C=Q/V, assim, Q= C.V
princípio da conservação de cargas
a quantidade de cargas antes da eletrização precisa ser igual a quantidade de cargas no final
eletrização por indução
- pelo menos um dos objetos é neutro
- pelo menos um é condutor (provavelmente metal)
- ao aproximar o corpo carregado positivamente do neutro, suas cargas são polarizadas
- após a polarização, é feito um aterramento, que fornece elétrons para os prótons que foram separados de seus elétrons iniciais com a polarização
- ao desfazer o aterramento, esse corpo fica com excesso de cargas negativas, ficando negativamente carregado
- caso o corpo que se aproxima do neutro é negativamente carregado, o aterramento servirá para mandar elétrons para a terra, ficando eletrizado positivamente
OBS: alternativa de indução sem aterramento:
- dois corpos neutros próximos se aproximam de um corpo carregado
- como ao unir dois corpos neutros eles passam a funcionar como um só, as duas polarizam, ficando uma com as cargas positivas e a outra com as cargas negativas
- ao afastar o corpo carregado, um dos que era neutro fica positivo e o outro negativo
Lei de Coulomb
- a força de atração ou repulsão entre duas cargas é diretamente proporcional ao produto das cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância
- F= K. /q1/. /q2/
——————
d^2 - essa equação serve apenas para cargas puntiformes
- F=/q/. E (equação geral)
- para força elétrica, o sinal das cargas não importa (estão em módulo), servindo apenas para indicar se sofrem atração ou repulsão
campo elétrico
- região ao redor de uma carga Q em que há influência elétrica sobre outros corpos presentes dentro de seu alcance
- é necessário levar em consideração a orientação do campo, sendo uma grandeza vetorial ( vetor campo elétrico=E)
- E=F/q (N/c, v/m)
- E= k.Q/d^2 (Q em módulo)
linhas de campo
- as linhas de campo sempre saem da carga positiva e entram na negativa
- carga positiva cria campo de afastamento
- carga negativa cria campo de aproximação
- as linhas obedecem uma formatação radial
- carga positiva: campo radial e divergente
- carga negativa: campo radial e convergente
campo elétrico de uma carga puntiforme
- E=F//q/
- E= K.Q/d^2
- intensidade do campo elétrico é inversamente proporcional à distância ao quadrado
vetor campo elétrico
- é sempre tangente em relação à linha de campo elétrico/ linha de força
- sua orientação é sempre a mesma que a da linha de campo
campo elétrico de uma carga puntiforme
- E=F//q/
- E= K.Q/d^2
- intensidade do campo elétrico é inversamente proporcional à distância ao quadrado ( gráfico E x d é uma hipérbole)
vetor campo elétrico
- é sempre tangente em relação à linha de campo elétrico/ linha de força
- sua orientação é sempre a mesma que a da linha de campo (aponta para o mesmo sentido)
- k= 9.10^9
intensidade do campo elétrico ( aspecto visual)
- o campo elétrico é mais intenso nos locais em que as linhas de campo estão em maior concentração
- quando as linhas são paralelas e igualmente espaçadas, há campo elétrico uniforme, assim, em todos os pontos, o campo terá o mesmo valor
potencial elétrico
- grandeza escalar
- carga geradora positiva sempre gera potencial elétrico positivo
- carga geradora negativa sempre gera potencial elétrico negativo
- gráfico Vxd é uma hipérbole equilátera
- o potencial elétrico diminui no sentido da linha de campo e aumenta no sentido oposto (pois as linhas do campo elétrico vão do positivo, maior para o negativo, menor)
- cargas positivas sempre se movem para onde o potencial é menor
- cargas negativas sempre se movem para onde o potencial é maior
superfície equipotencial
- possui mesmo potencial elétrico em qualquer ponto sobre ela
- uma superfície equipotencial é sempre perpendicular (90 graus) às linhas de campo elétrico
potencial elétrico gerado por várias cargas
Vp= V1+ V2+ V3+…+
DDP em campo elétrico uniforme
U= E.d
a distância é a distância entre as superfícies equipotenciais e não entre os pontos
energia potencial elétrica
- energia contida na carga que pode se transformar em energia cinética com a ação da força elétrica
- quanto maior a energia potencial, maior a cinética e vice versa
- é a energia armazenada em uma carga elétrica (inserida em região de influencia de um campo elétrico)
- Ep= q.V
- Ep= K.q.q/ d
energia potencial positiva
- quando duas cargas são positivas ( pois se dá pela multiplicação de duas cargas sobre d)
- quando duas cargas são negativas
- a energia potencial ser positiva significa que há repulsão entre as cargas
energia potencial negativa
- uma carga negativa e a outra positiva
- quando a energia potencial é negativa significa que há atração entre as cargas
exemplo de energia potencial: ao colocarmos duas cargas pontuais q1=5 microC e q2=2microC, a uma distância de 30 cm realizamos trabalho. Determine a energia potencial elétrica, em joules, deste sistema de cargas pontuais
dado: K=10.10^9
resposta:
3. 10^-1 joules
energia potencial elétrica em várias cargas
- levar em consideração a influencia que uma carga exerce sobre a outra de duas em duas
ex: em um sistema com 3 cargas a energia potencial elétrica será - EPt= Ep12+ Ep13+ Ep23
obs: Ep12=Ep21 - após usar K.Q.q/d em cada uma das regiões de influência, ao somá-las obtemos a Ep total
exemplo energia potencial em várias cargas:
Considere três cargas elétricas puntiformes, positivas
e de valor Q, colocadas no vácuo, fixas nos vértices A B e C de um triângulo equilátero de lado d. A energia potencial elétrica do par de cargas, disponibilizadas nos vértices A e B, é igual a 0,8J. Nessas condições é correto afirmar que a Ep do sistema vale:
resposta:
2,4 joules
Trabalho da força elétrica
- ocorre quando há um deslocamento provocado pela ação de uma força
- T= q. Vab ( diferença de potencial entre dois pontos)
( carga. diferença de potencial)
(coulomb.volts=joule) - T= variação de energia cinética
- o trabalho da força elétrica não depende da trajetória da carga ( pode ir em linha reta, parábola, circulo,… e co trabalho continuará o mesmo)
- o trabalho constitui um sistema conservativo, ou seja, não há perda de energia
- o trabalho realizado entre duas cargas em uma mesma linha de potencial elétrico é nulo
exemplo de trabalho da força elétrica:
um próton movimenta-se em linha reta paralelamente às linhas de campo elétrico uniforme , conforme mostrado na figura. Partindo do repouso no ponto 1 e somente sob ação da força elétrica, ele percorre uma distância de 0,6m e passa pelo ponto 2. Entre os pontos 1 e 2 há uma diferença de potencial V igual a 32Volts. Considerando a massa do próton igual a 1,6.10^-27 kg e sua carga elétrica 1,6.10^-19 C, diga a velocidade do próton ao passar pelo ponto 2
resposta:
v= 8. 10^4 m/s
equilíbrio eletrostático (condutor eletrizado)
no interior de um condutor eletrizado e em equilíbrio eletrostático:
- o campo elétrico é sempre igual a zero
- o potencial elétrico é sempre constante e diferente de zero (na superfície tb)
- a diferença de potencial é sempre igual a zero
importante: em um corpo de formato homogêneo, as cargas são distribuídas igualmente pela superfície, independente de serem positivas ou negativas
E=0, potencial elétrico=cte , U=0
OBS: causa da gaiola de faraday
- as cargas se acumulam na superfície EXTERNA da gaiola de faraday
campo elétrico em condutor eletrizado e em equilíbrio eletrostático
- o campo elétrico é zero no interior do condutor até sua superfície
- atinge seu valor máximo no ponto próximo (ponto logo após a superfície do condutor—> linhas de campo em maior concentração): Emáx= k.Q/R^2
- campo elétrico EXTERNO ao condutor: E=k.Q/d^2
- o campo na superfície é metade do campo máximo
Esuperfície= Emáx/2
o campo máximo, apesar de ter seu cálculo feito com o raio, não está exatamente sobre a superfície do condutor
potencial elétrico em condutor eletrizado e em equilíbrio eletrostático
- constante no interior até a superfície da esfera condutora (dentro da esfera o potencial é calculado por K.Q/R)
- no exterior, quanto mais longe da carga, menor o potencial elétrico ( V= k.Q/d)
- o Vmáx também não é sobre a superfície, mas no ponto próximo
rigidez dielétrica
-poder das pontas: condutor esférico, as cargas se espalham de forma uniforme, mas, em condutores de formato irregular (“com pontas”), as cargas se concentram nessas pontas
região da ponta: campo elétrico mais forte, assim, em caso de descarga elétrica, ela ocorre nessas pontas
- para-raios: possuem uma ponteira, fazendo com que a descarga ocorra preferencialmente no para-raios ao invés das regiões ao redor dele
- descargas elétricas na Terra (raios): nuvem eletrizada negativamente promove concentração de cargas positivas na superfície terrestre por indução, forma-se, assim, um E no sentido terra>nuvem, , surgindo assim uma força elétrica nessa região. O aumento da intensidade dessa força aumenta a intensidade do E, o que causa a descarga elétrica (nesse caso, o ar, que é normalmente um isolante, age como condutor)
- DEFINIÇÃO DE RIGIDEZ DIELÉTRICA: VALOR NECESSÁRIO PARA QUE UM MATERIAL ISOLANTE SE COMPORTE COMO CONDUTOR
densidade superficial de cargas
Densidade= Q(cargas)/ área
ex: D1=5C/m
D2=8C/m
- em objetos de formato regular, a densidade é constante por todo ele, mas em objetos de formato irregular, essa densidade é constante
capacitância/ capacidade elétrica
- quanta eletricidade um objeto pode armazenar
- assim que um corpo armazena eletricidade(cargas), ele passa a possuir também um potencial elétrico (V)
- C= R/K (em esferas, mas dá pra deduzir com a fórmula geral substituindo o V por KQ/d em que d é o raio)
- C=Q/V (coulomb.volts= faraday)
ex: C=5 significa que quando há 5C de carga, o potencial fica 1, caso sejam colocados 10C, o V fica 2 , quando 15C, V=3 e assim por diante - a capacidade não muda ao colocar mais ou menos cargas, apenas o potencial muda
- para alterar a capacidade, é necessário mudar o tamanho do objeto (geralmente esferas)
capacitores
- função: armazenar energia elétrica
- entre as placas do capacitor, há material isolante
- ao conectar o circuito em uma bateria, as cargas positivas se acumulam em as placas (perde elétrons)
- essas cargas positivas passam a atrair elétrons, que não entram em contato pq não atravessam o material isolante do meio
- capacitância: quantidade de energia que um capacitor é capaz de armazenar ( C=k.E(epson). A/d)
- para alterar a capacidade de um capacitor, é necessário alterar o material ou as dimensões
- energia armazenada em um capacitor: E=Q.V/2
associação de capacitores
em série:
- propriedades:
Qtotal(bateria/pilha)= Q1=Q2=Q3…
Vtotal= V1+V2+V3…
