Eletrostatica - Conceitos Iniciais Carga Eletrica e Eletrizacao

Página 1 com Prof Vasco Eletrostática Conceitos Iniciais Carga elétrica é uma propriedade inerente às partículas constituintes da matéria Convencionalmente temos próton carga elétrica positiva elétron carga elétrica negativa nêutron desprovido de carga elétrica Eletrização é o ato ou o efeito de produzir propriedades elétricas num objeto a partir da transferência de elétrons objeto positivo apresenta falta de elétrons objeto negativo apresenta excesso de elétrons corpo neutro nº prótons nº elétrons Princípio da Interação entre Cargas Elétricas Cargas de mesmo sinal se repelem cargas de sinais contrários se atraem Quantização da carga elétrica o próton e o elétron têm cargas elétricas de mesma intensidade mas de sinais contrários A carga elétrica do elétron ou do próton constitui a quantidade fundamental de carga elétrica ou seja a menor quantidade de carga elétrica que pode existir também denominada carga elementar Q n e e 16 1019C qP e qe e qn 0 próton elétron nêutron Página 2 com Prof Vasco Elétrons livres os materiais podem ser condutores semicondutores ou isolantes conforme a maior ou menor facilidade com que as cargas elétricas se deslocam dentro do material Nos condutores sólidos existem elétrons livres que podem se mover com relativa facilidade dentro do material como nos metais e no grafite Nos isolantes dielétricos os elétrons estão fortemente presos ao núcleo do átomo e dificilmente serão dele arrancados como na borracha na madeira no papel na água pura nos tecidos etc Quando eletrizamos um condutor a carga elétrica se distribui por toda a sua superfície externa Num isolante as cargas adquiridas permanecem na região em que foram obtidas Princípio da Conservação das Cargas Elétricas A soma algébrica das cargas dos corpos constituintes de um sistema eletricamente isolado é constante depois antes Q Q Condutor eletrizado ligado à Terra se ligarmos um condutor eletrizado à Terra por meio de um fio condutor a carga em excesso do condutor escoa para a Terra o que significa dizer se o condutor estiver inicialmente carregado positivamente elétrons se transferem da Terra para o condutor se o condutor estiver inicialmente carregado negativamente elétrons se transferem do condutor para à Terra Todo condutor ligado à Terra tornase praticamente neutro ATERRAMENTO Página 3 com Prof Vasco Processos de Eletrização Eletrização por atrito sempre que duas substâncias diferentes são atritadas entre si ambas se eletrizam com cargas numericamente iguais mas de sinais contrários Analisando microscopicamente a região onde ocorre o atrito notamos que o contato íntimo entre os corpos faz com que um deles ceda alguns elétrons para o outro Assim o corpo que perde elétrons fica eletrizado positivamente e o que ganha elétrons fica eletrizado negativamente EXEMPLIFICAÇÃO 1 Eletricidade estática1 a geração de eletricidade estática por atrito é mais comum do que nossa atenção possa perceber Quando penteamos o cabelo num dia seco podemos notar que os fios se repelem uns aos outros Isso ocorre porque os fios de cabelo em atrito com o pente eletrizamse com cargas de mesmo sinal Ao tirarmos um agasalho de lã notamos que os pelos dos braços se arrepiam atraídos pelo tecido e às vezes ouvese até pequenos estalidos de faíscas que saltam entre o corpo e o agasalho Ao caminhar descalço sobre um tapete de lã o atrito dos pés com o tapete pode gerar cargas que se acumulam em nosso corpo Se tocarmos a maçaneta de uma porta nessas condições poderá saltar uma faísca produzindo um leve choque Além dessas seria possível enumerar várias outras situações do diaadia em que se pode constatar a eletrização por atrito Ao se movimentarem os veículos também podem se tornar eletrizados pelo atrito com o ar atmosférico Por isso os aviões costumam ser providos de pequenos fios que se prolongam de suas asas a fim de escoar para o ambiente as cargas geradas por atrito No reabastecimento por garantia o avião é ligado ao solo para que se escoe qualquer eletricidade ainda existente e que poderia eventualmente provocar faíscas incendiando os vapores do combustível Pela mesma razão durante o reabastecimento dos tanques de postos de combustível os caminhões são ligados ao solo por meio de um fio condutor 2 Xerografia2 uma das aplicações práticas da eletricidade estática é encontrada nas copiadoras xerográficas No interior dessas máquinas existe um cilindro coberto com selênio elemento químico que conduz eletricidade apenas quando exposto à luz Ligandose a máquina o cilindro é carregado com eletricidade estática que se mantém enquanto ele permanecer no escuro Quando a luz é ligada a imagem do original é projetada no cilindro através de um jogo de espelhos e lentes As regiões do cilindro sob as letras e figuras do original permanecem escuras e portanto eletrizadas o resto do cilindro que se acha iluminado tem sua resistência elétrica diminuída e se descarrega O cilindro é então coberto por uma camada de tinta em pó tonner que adere a ele somente nas regiões eletrizadas A seguir uma folha de papel branco é comprimida contra o cilindro sofrendo impressão e tornandose uma cópia do original Para a fixação da tinta a cópia é ligeiramente aquecida Página 4 com Prof Vasco 1 RAMALHO et alii Os fundamentos da Física São Paulo Moderna 2003 2 ROBORTELLA et alii Eletrostática São Paulo Ática 1990 Eletrização por contato se colocarmos em contato dois condutores eletrizados ou um condutor eletrizado e um condutor neutro poderá haver transferência de cargas de um condutor a outro Haverá ou deixará de haver transferência de cargas dependendo das dimensões dos condutores e da quantidade de cargas previamente existente nos condutores OBSERVAÇÕES 1 Corpos ficam com carga de mesmo sinal depois da eletrização 2 Note que para as relações acima serem verdadeiras os condutores devem ter a mesma dimensão Página 5 com Prof Vasco OBSERVAÇÃO Condutores idênticos se colocarmos em contato dois condutores de mesmas dimensões dos quais pelo menos um esteja inicialmente eletrizado a transferência de cargas cessa quando ambos estiverem com a mesma quantidade de carga QA QB 2 Q Q B A Eletrização por indução se aproximarmos um condutor carregado A indutor de um condutor inicialmente neutro B induzido haverá uma redistribuição de cargas do corpo B Na parte de B mais próxima do condutor A haverá um acúmulo de cargas de sinal oposto ao da carga de A e na região de B mais afastada de A acumulam se cargas de mesmo sinal de A Se o indutor for retirado desfazse a separação de cargas e o induzido volta a seu estado inicial Entretanto se antes de afastar o indutor ligarmos o induzido à Terra por meio de um fio metálico a carga de sinal igual à do indutor escoa para a Terra Desta maneira o induzido ficará eletrizado com uma carga de sinal contrário à do indutor Página 6 com Prof Vasco RESUMINDO Na eletrização por indução não há contato entre o indutor e o induzido O induzido deve ser um corpo condutor Sequência para a eletrização por indução a Aproximase o indutor b Aterrase o induzido c Cortase a ligação do induzido com a Terra d Afastase o indutor A carga final do induzido é de sinal contrário ao da carga elétrica do indutor Eletroscópio dispositivo usado para verificar se um corpo está ou não eletrizado São exemplos de eletroscópios o pêndulo elétrico e o eletroscópio de folhas pêndulo eletrostático eletroscópio de folhas Condutor neutro atraído por um corpo eletrizado quando aproximamos um corpo eletrizado B de um condutor neutro C este será atraído pelo corpo eletrizado pois o corpo neutro sofrerá indução eletrostática Página 7 com Prof Vasco TREINANDO PARA O ENEM 1 Marque a alternativa verdadeira a Se um corpo A eletrizado positivamente atrai um outro corpo B concluímos que este está carregado negativamente b Dizemos que um corpo qualquer está eletrizado negativamente quando ele possui um certo número de elétrons livres c A eletrização por atrito de dois corpos consiste na passagem de elétrons de um corpo para outro ficando eletrizado positivamente o corpo que perdeu elétrons d Em virtude de não existirem elétrons livres em um isolante ele não pode ser eletrizado negativamente e Quando dois corpos são atritados um contra o outro ambos adquirem cargas elétricas de mesmo sinal 2 As forças gravitacionais e as forças eletrostáticas são semelhantes em alguns aspectos e diferentes em outros Assinale a afirmativa abaixo que não é verdadeira para ambos os tipos de forças a Quando há interação entre dois corpos as forças obedecem à 3ª lei de Newton b A força é proporcional ao inverso do quadrado da distância c A força que atua numa certa quantidade de massa ou carga elétrica é proporcional a essa quantidade de massa ou carga elétrica d As forças podem ser de atração ou repulsão e As forças podem ser detectadas experimentalmente em um laboratório 3 Um corpo está eletrizado positivamente a se o corpo for um condutor b se o corpo for um semicondutor c se o corpo for um dielétrico d se o número de prótons for inferior ao número de elétrons desse corpo e se o número de prótons for superior ao número de elétrons desse corpo 4 Atritase um bastão de vidro com um pano de lã inicialmente neutro Podese afirmar que a só a lã fica eletrizada b só o bastão fica eletrizado c o bastão e a lã se eletrizam com cargas de mesmo sinal d o bastão e a lã se eletrizam com cargas de mesmo valor absoluto e sinais opostos e nenhuma das anteriores 5 Um corpo A eletricamente positivo eletriza um corpo B que inicialmente estava eletricamente neutro por indução eletrostática Nestas condições pode se afirmar que o corpo B ficou eletricamente a positivo pois prótons da Terra são absorvidos pelo corpo b positivo pois elétrons do corpo foram para a Terra c negativo pois prótons do corpo foram para a Terra d negativo pois elétrons da Terra são absorvidos pelo corpo e negativo pois prótons da Terra são absorvidos pelo corpo Página 8 com Prof Vasco 6 Uma partícula está eletrizada positivamente com uma carga elétrica de 40 1015C Como o módulo da carga elétrica elementar é 16 1019C essa partícula a ganhou 25 104 elétrons b perdeu 25 104 elétrons c ganhou 40 104 elétrons d perdeu 64 104 elétrons e ganhou 64 104 elétrons 7 Passandose um pente nos cabelos verificase que ele pode atrair pequenos pedaços de papel A explicação mais coerente para este fato é que ao passar o pente nos cabelos ocorreu a a eletrização do pente e não dos cabelos que faz cargas passarem aos pedaços de papel e atrai os mesmos b o aquecimento do pente por atrito provocando convecção do ar e por isso o pedaço de papel sobe em direção ao pente c aquecimento do pente com conseqüente eletrização do ar próximo que provoca o fenômeno descrito d eletrização do pente que induz cargas no papel provocando a sua atração e deseletrização do pente que agora passa a ser atraído pelos pedaços de papel que sempre estão eletrizados 8 Dois corpos A e B de materiais diferentes inicialmente neutros são atritados entre si isolados de outros corpos Após o atrito a ambos ficam eletrizados negativamente b ambos ficam eletrizados positivamente c um fica eletrizado negativamente e outro continua neutro d um fica eletrizado positivamente e o outro continua neutro e um fica eletrizado positivamente e o outro negativamente 9 VUNESPSP Uma esfera metálica carregada M é aproximada de um eletroscópio de folhas de alumínio conforme o esquema ao lado A carcaça metálica R do eletroscópio está em contato elétrico permanente com o solo Enquanto a esfera M estava muito afastada do eletroscópio estabeleceuse um contato elétrico transitório entre T e R Qual é a afirmação correta em relação à experiência em apreço a As folhas só abrirão quando M tocar em T b As folhas só abrirão quando M tocar em R c As folhas só abrirão se o contato entre T e R for mantido permanentemente d As folhas só abrirão se a carcaça R receber uma carga de mesmo valor mas de sinal oposto ao de M e As folhas abrirão à medida que M vai se aproximando de T Página 9 com Prof Vasco 10 Três bolas metálicas podem ser carregadas eletricamente Observase que cada uma das três bolas atrai cada uma das outras duas Três hipóteses são apresentadas I Apenas uma das bolas está carregada II Duas bolas estão carregadas III As três bolas estão carregadas O fenômeno pode ser explicado a somente pela hipótese II b somente pelas hipóteses II e III c somente pela hipótese I d somente pela hipótese III e por todas as três hipóteses 11 Duas esferas condutoras A e B idênticas possuem a mesma carga Q Uma terceira esfera C inicialmente descarregada e idêntica às esferas A e B é colocada em contato com a esfera A Depois de algum tempo a esfera C é separada de A e colocada em contato com a esfera B Qual a carga final da esfera C depois de separada da esfera B a 3Q4 b 2Q4 c Q4 d Q2 e Q 12 UFSM A figura representa uma barra eletrizada que está próxima a duas esferas condutoras em contato Sem tirar a barra eletrizada as esferas são afastadas com o auxílio de um material isolante Em seguida mantendo as esferas afastadas a barra eletrizada é retirada A figura que melhor representa a distribuição das cargas nas esferas ao final desse experimento é 13 Quando parte de um sistema físico isolado adquire uma carga elétrica positiva q a outra parte a tornase também positivamente carregada com carga q b tornase negativamente carregada com carga q c tornase negativamente carregada mas não necessariamente com carga q d tornase positivamente carregada mas não necessariamente com carga q e transferiu elétrons para a primeira Página 10 com Prof Vasco 14 Três corpos inicialmente neutros são eletrizados X e Y por atrito entre si e em seguida Z por contato com Y A alternativa contendo a afirmação verdadeira quanto ao sinal da carga que cada corpo X Y e Z respectivamente pode ter adquirido é a negativa positiva negativa b negativa positiva positiva c positiva positiva negativa d negativa negativa positiva e positiva positiva positiva 15 UFRS Um bastão eletricamente carregado atrai uma bolinha condutora X mas repele uma bolinha condutora Y As bolinhas X e Y se atraem na ausência do bastão Sendo essas forças de atração e repulsão de origem elétrica concluise que a Y está eletricamente carregada e X está eletricamente descarregada ou carregada com cargas de sinal contrário ao das cargas de Y b ambas as bolinhas estão eletricamente descarregadas c X e Y estão eletricamente carregadas com cargas de mesmo sinal d X está eletricamente carregada com cargas de mesmo sinal das do bastão e Y está eletricamente descarregada e X carregada 16 A presença do corpo eletrizado A perturba a experiência que um estudante realiza com um aparelho elétrico B Para anular este efeito mantendo A carregado o estudante pode a envolver A com uma esfera metálica sem ligála ao solo b envolver A com uma esfera isolante sem ligála ao solo c envolver A com uma esfera isolante ligandoa ao solo d envolver A com uma esfera metálica ligandoa ao solo e colocar entre A e B uma placa metálica 17 Considere as afirmações abaixo I Um corpo eletrizado é aquele que possui cargas elétricas II Um corpo eletrizado gera na região que o circunda um campo elétrico III Um corpo eletrizado em equilíbrio eletrostático possui potencial elétrico nulo em todos os pontos do seu interior Dentre essas afirmações apenas a I é correta b II é correta c III é correta d I e II são corretas e I e III são corretas Gabarito 1C 2D 3E 4D 5D 6B 7D 8E 9E 10A 11A 12B 13B 14B 15A 16D 17B