Eletricidade: Cargas Elétricas - Campo Elétrico - Potencial Elétrico - Corrente Elétrica

ELETROSTÁTICA

Cargas Elétricas

A matéria é formada de pequenas partículas, os átomos. Cada átomo, por sua vez, é constituído de partículas ainda menores, os prótons, os elétrons e os nêutrons. Os prótons e os nêutrons localizam-se na parte central do átomo, e formam o núcleo. Os elétrons giram em torno do núcleo na região denominada eletrosfera. Os prótons e os elétrons apresentam uma importante propriedade física, a carga elétrica. A carga elétrica do próton e a do elétron têm a mesma intensidade, mas sinais contrários. A carga do próton é positiva e a do elétron, negativa.

Num átomo não existe predominância de cargas elétricas; o número de prótons é igual ao número de elétrons. O átomo é um sistema eletricamente neutro. Entretanto quando ele perde ou ganha elétrons, fica eletrizado. Eletrizado positivamente quando perde elétrons e negativamente quando recebe elétrons.

Sendo a carga do elétron a menor quantidade de carga elétrica existente na natureza, ela foi tomada como carga padrão nas medidas de carga elétricas.

No Sistema Internacional de Unidades, a unidade de medida de carga elétrica é o Coulomb (C).

A carga do elétron, quando tomada em módulo, é chamada de carga elementar e é representada por e.

- Carga elementar:  1,6.10 - 19 C

- Carga do elétron:  - 1,6.10 - 19 C

- Carga do próton:  + 1,6.10 - 19 C

Princípios da Eletrostática

Princípio da atração e repulsão

• Cargas elétricas de mesmo sinal se repelem;

• Cargas elétricas de sinais opostos se atraem.

Princípio da conservação das cargas

• Num sistema eletricamente isolado, a soma algébrica das quantidades de cargas positivas e negativas é constante.

Condutores e isolantes

Condutores elétricos

Meios materiais nos quais as cargas elétricas movimentam-se com facilidade.

Isolantes elétricos ou dielétricos

Meios materiais nos quais as cargas elétricas não têm facilidade de movimentação.

Eletrização de um corpo

O processo de eletrização de um corpo é semelhante ao de um átomo. Se num corpo o número de prótons for igual ao número de elétrons, dizemos que ele está neutro. Quando um corpo apresenta uma falta ou um excesso de elétrons, ele adquire uma carga elétrica Q, que é sempre um número inteiro n de elétrons, de modo que:

Q = n . e  , sendo n um numero inteiro.

Portanto, um corpo pode ser: 

a) eletrizado positivamente: falta de elétrons Q = + n . e

b) eletrizado negativamente: excesso de elétrons Q = – n . e

Processos de Eletrização 

A eletrização de um corpo inicialmente neutro pode ocorrer de três maneiras:

- Atrito

- Contato

- Indução

Atrito

                Na eletrização por atrito, os dois corpos adquirem a mesma quantidade de cargas, porém de sinais contrários.

Contato

              Os condutores adquirem cargas de mesmo sinal. Se os condutores tiverem mesma forma e mesmas dimensões, a carga final será igual para os dois e dada pela média aritmética das cargas iniciais.

Indução

         A eletrização de um condutor neutro pode ocorrer por simples aproximação de um outro corpo eletrizado, sem que haja o contato entre eles.
         No processo da indução eletrostática, o corpo induzido será eletrizado sempre com cargas de sinal contrário ao das cargas do indutor.

Eletroscópio de Folhas

Lei de Du Fay

Cargas com sinais iguais sofrem

REPULSÃO

Cargas com sinais opostos sofrem

ATRAÇÃO 

Lei de Coulomb

Coulomb constatou que:

→ A intensidade da força elétrica é diretamente proporcional ao produto das cargas elétricas.

→ A intensidade da força elétrica é inversamente proporcional ao quadrado da distância entre os corpos.

Portanto temos a equação que relaciona a intensidade da força elétrica (F) como sendo:                        

F → Força elétrica (N)

Q1 e Q2 → Cargas elétricas(C)

d → Distância (m)

K=9,0.109 Nm2/C-2  

Campo Elétrico

Chamamos de Campo Elétrico (Ē) a região do espaço onde um pequena carga de prova (q) fica sujeita a uma força de origem elétrica (F). As fontes do campo eletrostático são corpos eletrizados, que chamamos de Carga fonte (Q).

A carga de prova, também tem que ser eletricamente carregado, para que haja interação.

E → Campo elétrico (N/C)

F → Força elétrica (N)

q → Carga elétrica (C)

Linhas de campo

                As Linhas de forças (ou de campo) são linhas imaginárias, tangentes aos vetores campo elétrico em cada ponto do espaço sob influência elétrica e no mesmo sentido dos vetores campo elétrico.

Linhas de campo

Se Q>0 o vetor campo elétrico é de                         Se Q<0 o vetor campo elétrico é de                                       AFASTAMENTO                                                     APROXIMAÇÃO

               

Campo elétrico uniforme

Um campo elétrico é uma região do espaço onde o vetor representativo do campo (Ē) tem, em todos os pontos a mesma direção, o mesmo sentido e o mesmo módulo.

Num campo elétrico uniforme, as linhas de força são sempre retilíneas, paralelas entre si e distanciadas igualmente.

Potencial elétrico

                 Uma carga puntiforme isolada gera no espaço que a rodeia a possibilidade de se ter uma energia potencial elétrica. Para isso basta colocar uma carga de prova nesse espaço. A partir dessa idéia, define-se o potencial elétrico (V) de um ponto do espaço como a quantidade de energia potencial elétrica (Epot.) por unidade de carga de prova (q) colocada nesse ponto.

V → Potencial elétrico (V)

Epot → Campo elétrico (N/C)

q → Carga (C) 

Superfície equipotencial

As  superfícies equipotenciais são superfícies ao longo das quais o potencial é constante, porque é gerada por uma carga puntiforme então k e Q são constantes, assim todo ponto situado a mesma distancia (d) terá  o mesmo potencial.

ELETRODINÂMICA

Corrente Elétrica

Corrente elétrica é o movimento ordenado de cargas elétricas.

•Nos sólidos: elétrons livres. Ex.: Metais

•Nos líquidos: cátions e ânions. Ex.: H2O+NaCl

•Nos gases: cátions e elétrons. Ex.: Gás ionizado

Intensidade da Corrente Elétrica

i→ intensidade da corrente elétrica (A)

Q→ quantidade de carga(C)

t→ tempo (s)

A = C/s

Sentidos da corrente elétrica

Real

Convencional

Efeitos da corrente elétrica

         Efeito Joule: Quando uma corrente passa por um condutor metálico, há a transformação  de energia elétrica em energia térmica. Esse efeito é denominado EFEITO JOULE.

Ex.: Ferro de passar roupa, Chuveiro.

        Efeito Fisiológico: Os impulsos nervosos no corpo humano são transmitidos por estímulos elétricos, ela provoca contrações musculares  no nosso organismo dependendo da sua intensidade pode causar parada cardíaca, porém, a tensão necessária para produzir uma parada cardíaca é de dezenas de volts, pois o corpo humano é um péssimo condutor quando comparado com os metais.

       Efeito químico: Esse efeito resulta de um fenômeno elétrico molecular, sendo objeto de estudo da Eletroquímica. O aproveitamento do efeito químico se dá, por exemplo, nas pilhas, na eletrólise, como também na cromação e na niquelação de objetos.