Eletrostática - Apostilas - Engenharia Física, Notas de estudo de Engenharia Física

Engenharia Física

Descrição: Apostilas de Engenharia Física sobre o estudo da História do conhecimento sobre a Eletrostática, Funcionamento das máquinas eletrostáticas, Máquinas de indução eletrostática.
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Eletricidade Maurí cio R.L.
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ELETROSTÁTICA
Modificações por:
Maurício Ruv Lemes
(Doutor em Ciência pelo Instituto Tecnológico de Aeronáutica - ITA)
1 – ELETRICIDADE – PEQUENO HISTÓRICO(*)
A seguir colocamos em ordem cronológica alguns fatos de grande importância no
desenvolvimento de teorias e conceitos sobre eletricidade.
600 a. C. Tales de Mileto – Observação de um pedaço de âmbar atrai pequenos
fragmentos de palha, quando previamente atritado.
1600
William Gilbert – Outras substâncias além do âmbar são capazes de
adquirir propriedades elétricas. Estudos sobre imãs e interpretação do
magnetismo terrestre.
1672 Otto von Guericke – Invenção da primeira máquina eletrostática.
1729
Stephen Gray – Os metais tem a propriedade de transferir a eletricidade
de um corpo a outro. Primeira caracterização de condutores e isolantes.
Experiências sobre indução elétrica.
1763
Robert Symmer – Teoria dos Dois Fluidos: o corpo neutro tem
quantidade “normal” de fluido elétrico. Quando é esfregado uma parte do
seu fluido é transferida de um corpo para outro ficando um com excesso
(carga positiva) e outro com falta (carga negativa). Fato importante: lei da
conservação da carga.
1785 Charles A. Coulomb – Experiências quantitativas sobre interação entre
cargas elétricas, com auxílio da balança de torção.
Eletricidade Maurí cio R.L.
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1800 Alessandro Volta – Invenção da Pilha.
1820 Hans Christian Oersted – Efeito Magnético da Corrente Elétrica.
1825 Andre Marie Ampere – Lei que governa a interação entre os imãs e
correntes elétricas.
1827 George Simon Ohm – Conceito de resistência elétrica de um fio.
Dependência entre diferença de potencial e corrente.
1831 Michael Faraday – Lei da indução eletromagnética entre circuitos.
1832 Joseph Henry – Fenômenos da auto-indução.
1834 Heinrich Friedrich Lenz – Sentido da força eletromotriz induzida.
1834 Michael Faraday – Leis da eletrólise: evidência de que íons transportam
a mesma quantidade de eletricidade proporcional a sua valência química.
1864 James Clerk Maxwell – Teoria do Eletromagnetismo. Previsão da
existência de ondas eletromagnéticas. Natureza da luz.
1887 Heinrich Hertz – Produção de ondas eletromagnéticas em laboratórios.
1897 Joseph John Thomson – Descoberta do elétron.
1909 Robert Milikan – Medida da carga do elétron. Quantização da carga.
(*) Feito por Dr. Roberto A. Stempaniak (Prof. Dr. UNITAU)
2 – INTRODUÇÃO
2.1 – 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 (fig. 1), 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. Na figura 2 procuramos esquematizar essas ações.
Figura 2
Eletricidade Maurí cio R.L.
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Dessas experiências é possível concluir que prótons e elétrons apresentam uma
propriedade, não manifestada pelos utrons, 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.
IMPORTANTE:
) 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”.
OBS: Ne é o número de elétrons e NP o número de prótons.
UNIDADE DE CARGA ELÉTRICA (Q)
UNIDADE NO SI:
Q carga elétrica Coulomb (C)
CARGA ELEMENTAR (e)
A carga elétrica do elétron é chamada de carga elementar, em módulo, o seu valor é
igual a carga elétrica do próton. Através de experiências, foi possível determinar seu
valor:
e = 1,6 x 10-19 C
Eletricidade Maurí cio R.L.
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Tendo em vista que a eletrização de um corpo se deve a falta ou excesso de elétrons,
podemos escrever que a carga elétrica de um corpo é calculada da seguinte forma:
e .n Q ±=
UNIDADES NO SI:
Q carga elétrica Coulomb (C)
n número de elétrons em excesso (-) ou em falta (+)
e carga elementar Coulomb (C)
3 – Processos de Eletrização
3.1 – 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.
3.2 – ELETRIZAÇÃO POR CONTATO
Quando um corpo neutro é posto em contato com um corpo eletrizado, eletriza-se com
carga do mesmo sinal.
Figura 3
3.3 – 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.
Ao atritarmos um pente e aproximamos o mesmo
de um filete de água, a água será atraída pelo
pente por indução.
Figura 4
Corpo
Positivo
Antes do
Contato Contato
Após o
Contato
Corpo
Positivo
Corpo
Positivo
Transferência
de elétrons
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