Slide - Lei de Coulomb - Fundamentos de Eletromagnetismo - 2023-2

21.1 Lei de Coulomb ◦ Cargas Elétricas ◦ 2 tipos de carga: positiva e negativa ◦ Partículas com cargas de mesmo sinal se repelem e partículas com cargas de sinais opostos se atraem. CAPÍTULO 21 LEI DE COULOMB FIS069 EAD – 02/2023 V.B. Nascimento Depto de Física ICEx UFMG ◦ Condutores Isolantes Semicondutores Vidro Vidro Plástico Cobre neutro Plástico carregado Sempre desenhe o vetor força com a origem na partícula. As forças tendem a afastar as partículas. Aqui, também. Aqui, porém, as forças tendem a aproximar as partículas. F→1,tot = F→12 + F→13 + F→14 + F→15 + ⋯ + F→1n, F = 1/4πε0 |q1| |q2| / r2 (lei de Coulomb), NATUREZA VETORIAL F = 1/4πε0 |q1| |q2| / r2 (lei de Coulomb), Problema Resolvido | 21.1 - Força eletrostática e aceleração Uma partícula de carga q1 = 2.00 x 10^-6 C é mantida fixa. Uma segunda partícula, de carga q2 = 4.00 x 10^-15 C e massa m2 = 3.00 x 10^-9 kg é liberada sem velocidade inicial a uma distância r = 0.120 m da primeira partícula. Qual é o módulo a da aceleração da segunda partícula? IDEIA CHAVE A força eletrostática F (de repulsão, no caso) acelera a segunda partícula de acordo com a Segunda Lei de Newton (F = ma). Cálculo: De acordo com a Segunda Lei de Newton e a Lei de Coulomb, Eq. 21-1 do livro, a = F/m = k |q1| |q2| / r^2 m = (8.99 x 10^9 N·m2/C2) (2.00 x 10^-6 C) (4.00 x 10^-15 C) / (0.120 m)^2 (3.00 x 10^-9 kg) = 1.66 m/s2. (Resposta) A carga é quantizada q = ne, n = ±1, ±2, ±3, ..., e = 1,602 x 10^-19 C. Tabela 21.2.1 Cargas de Três Partículas e Suas Antipartículas Partícula Símbolo Carga Antipartícula Símbolo Carga Elétron e ou e^- -e Pósitron e^+ +e Próton p +e Antipróton p̅ -e Nêutron n 0 Antinêutron n̅ 0 O núcleo de um átomo de ferro tem um raio de 4,0 x 10^-15 m e contém 26 prótons. (a) Qual é o módulo da força de repulsão eletrostática entre dois prótons do núcleo de ferro separados por uma distância de 4,0 x 10^-15 m? Cálculo: De acordo com a Tabela 21.2.1, a carga elétrica do próton é +e; assim, de acordo com a Eq. 21.1.4, F = (1/4πε_0) e^2/r^2 (Resposta) = ((8,99 x 10^9 N · m²/C²)(1,602 x 10^-19 C)²)/(4,0 x 10^-15 m)² = 14 N. Problema Resolvido | 21.2 - Força eletrostática e movimento circular uniforme Um elétron (massa m = 9.11 x 10^-31 kg, carga q_1 = -1.60 x 10^-19 C) executa um movimento circular uniforme em torno de um próton fixo (q_2 = +1.60 x 10^-19 C), a uma distância r = 0.529 x 10^-10 m. Qual é a velocidade v do elétron? IDEIA CHAVE Quando um objeto executa um movimento circular uniforme, está sujeito a uma força que lhe imprime uma aceleração centrípeta. Esta força, no caso, é a força eletrostática. Cálculo: De acordo com as Eqs. 21-4 e 21-5 do livro, a força F a que o elétron está sujeito é dada por F=ma|k|q1||q2|/r^2=mv^2r, em que, v=(k|q1||q2|/rm)^{1/2}=((8.99x10^9)(1.6x10^-19)^2(0.529x10^-10)/(9.11x10^-31)){1/2}=2.19 x 10^6 m/s. (Resposta) 21.2 A CARGA É CONSERVADA captura eletrônica Massa e carga se conservam! Perguntas e Problemas ◦Perguntas: 1 a 12 ◦Problemas: 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 21, 23, 25, 27, 29, 35, 37, 39, 43, 49, 51, 59, 61 Usar o canal do capítulo para discussão e dúvidas!