Aula 2: Eletrização da Matéria

UNIVERSIDADE CANDIDO MENDES FÍSICA TEÓRICA III PROF ROMIR A DOS REIS profreisucamgmailcom AULA 2 Eletrização da Matéria Eletrização de um corpo Um corpo se diz eletrizado quando as quantidades de prótons e de elétrons são diferentes isto é ele tem falta ou excesso de elétrons Corpo eletrizado negativamente Corpo eletrizado positivamente Corpo neutro número de prótons carga positiva é igual ao de elétrons carga negativa Átomo Se número de prótons número de elétrons Neutro Se tem falta ou um excesso de elétrons Tem carga Q Q ne sendo n um numero inteiro Portanto um corpo pode ser Eletrizado positivamente falta de elétrons Qne Eletrizado negativamente excesso de elétrons Qne A quantidade de carga elétrica de um corpo é dada por Q carga elétrica n número de elétrons e carga elementar e 161019 C em módulo Elétron livre fracamente ligado ao átomo Condutores elétricos Meios materiais cujos átomos possuem muitos elétrons livres Ex metais Isolantes elétricos ou dielétricos Meios materiais cujos átomos possuem poucos elétrons livre Ex plástico madeira Condutores e Isolantes Condutores elétricos Meios materiais nos quais as cargas elétricas movimentamse com facilidade Isolantes elétricos ou dielétricos Meios materiais nos quais as cargas elétricas não têm facilidade de movimentação Condutores elétricos São materiais que apresentam portadores de cargas elétricas elétrons ou íons quase livres o que facilita a mobilidade dos mesmos em seu interior São considerados bons condutores materiais com alto número de portadores de cargas elétricas livres e que apresentam alta mobilidade desses portadores de cargas elétricas Os condutores são as substâncias nas quais os ELÉTRONS se locomovem com facilidade por estarem fracamente ligados aos átomos Tem maior facilidade em conduzir a eletricidade O corpo humano e a Terra também são condutores Ao ligar um condutor eletrizado à Terra ele perde sua eletrização Um corpo eletrizado positivamente recebe elétrons ao ser ligado à Terra Um corpo eletrizado negativamente cede elétrons ao ser ligado à Terra Os materiais isolantes se caracterizam por não apresentar portadores de cargas elétricas livres para movimentação Nesses materiais a mobilidade dos portadores de cargas elétricas é praticamente nula ficando os mesmos praticamente fixos no seu interior Exemplos borracha madeira água pura etc Os isolantes são materiais que possuem os elétrons estão ligados fortemente ao átomo o que dificulta sua livre movimentação São materiais que não transmitem a energia elétrica com facilidade ou nem transmitem CUIDADO Na prática não existem condutores e isolantes perfeitos mas sim bons condutores como os metais e a grafite e bons isolantes como a mica e a ebonite A maioria dos corpos na natureza se encontram electricamente neutros ou seja o número de prótons é igual ao de elétrons Podemos por meio de alguns processos retirar ou colocar elétrons num determinado corpo Nesse caso dizemos que o corpo sofreu uma eletrização São três os processos de eletrização dos corpos atrito contato e indução Ocorre através do atrito entre dois corpos que adquirem a mesma quantidade de cargas porém de sinais contrários Eletrização por Atrito Antes do atrito 2 corpos neutros Atraindo a seda no vidro notamos experimentalmente que elétrons do vidro são transferidos arrancados para a seda A eletrização por atrito ocorre mais facilmente em corpos isolantes de eletricidade Essa eletrização faz parte do nosso cotidiano por exemplo quando atritamos o pente nos cabelos o atrito do agasalho de lã com o nosso corpo A série triboelétrica foi criada pra classificar os materiais que se eletrizam por atrito quanto à facilidade de trocarem cargas elétricas Série triboelétrica é portanto o termo utilizado para designar uma listagem de materiais em ordem crescente quanto à possibilidade de perder elétrons Série Triboelétrica Séries triboelétricas vidro lã pele de ovelha seda algoodão âmbar enxofre Exemplos a Seda x Âmbar Seda e Âmbar b Seda x Vidro Seda e Vidro Dada a série triboelétrica vidro lã algodão enxofre e estando inicialmente neutros podemos afirmar que a atritando vidro com enxofre ambos adquirem cargas positivas b atritando lã com algodão ambos adquirem cargas negativas c atritando vidro com algodão o vidro adquire carga negativa e o algodão carga positiva d atritando lã com enxofre a lã adquire carga positiva e o enxofre carga negativa e atritando vidro com lã o vidro adquire carga negativa e a lã carga positiva Quando eletrizados por atrito os corpos ficam com igual quantidade de cargas mas de sinais opostos Tabela série triboelétrica para prever o sinal que cada substância adquire quando atritada com outro material Eletrização por atrito Inicialmente os dois corpos estão neutros Após a eletrização os corpos atritados ficam com cargas de sinais opostos Em uma briga entre um coelho e um gato a pele dos dois animais são atritadas entre si deixando os dois animais eletrizados Podemos concluir que a o coelho ficará positivo e o gato negativo b o coelho ficará negativo e o gato positivo c os dois ficarão positivos d os dois ficarão negativos e o coelho ficará neutro e o gato positivo É comum em supermercados na seção de frutas a presença de sacos plásticos em rolos dos quais são destacados É comum também que ao se aproximar de um desses rolos os pelos do braço de uma pessoa sejam atraídos para o plástico e fiquem erigidos A respeito deste fenômeno considere as afirmativas a seguir I Os pelos se erigem devido à presença de corrente elétrica no plástico produzida pelo atrito II O campo magnético próximo do plástico atrai os pelos III As cargas elétricas no rolo atraem as cargas de sinais contrários nos pelos De acordo com as afirmativas acima a alternativa correta é a I b II c III d I e III e II e III RESPOSTA C Esse fenômeno de eletrização é explicado pelo atrito entre os sacos quando eles são desenrolados Quando o braço de uma pessoa se aproxima de um desses rolos ocorre uma redistribuição de cargas nos pelos ou seja ocorre o fenômeno da polarização Nessas condições a afirmação mais adequada é somente a III Ocorre ao encostar dois condutores que 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 Eletrização por Contato A necessita de pelo menos um dos corpos carregado eletricamente B quando o condutor neutro toca o eletrizado há uma transferência de elétrons de maneira bem rápida até que ambos os condutores fiquem com o mesmo potencial elétrico C separandose os dois condutores eles estarão com cargas de mesmo sinal A necessita de pelo menos um dos corpos carregado eletricamente B quando o condutor neutro toca o eletrizado há uma transferência de elétrons de maneira bem rápida até que ambos os condutores fiquem com o mesmo potencial elétrico C separandose os dois condutores eles estarão com cargas de mesmo sinal Esquema de eletrização por contato entre duas esferas condutoras Obs o contato com a Terra acaba sempre descarregando o corpo independentemente do sinal de suas cargas Se os dois corpos forem absolutamente idênticos no final da experiência eles ficarão com a mesma quantidade de carga elétrica que será determinada pela média aritmética da quantidade de cargas antes do contato Dados dois ou mais corpos em que pelo menos um deles esteja carregado eletricamente o contato entre eles ou a ligação por meio de um fio condutor faz com que haja movimento de elétrons até que se atinja o equilíbrio eletrostático Por exemplo para dois corpos A carga inicial do corpo B se distribui durante o contato entre os corpos A e B Como a troca de cargas ocorre somente entre A e B então Q QA QB ou seja ΣQ antes ΣQ depois A eletrização por contato só pode ocorrer para corpos condutores de eletricidade Se os corpos forem idênticos isto é tiverem mesma forma e mesmo volume as cargas no final serão iguais Corpo A idêntico ao B QA QB As cargas dos corpos após o contato serão sempre de sinais iguais Contato Simultâneo Ocorre quando três ou mais corpos são colocados em contato ao mesmo tempo Contato Sucessivo O contato sucessivo entre corpos ocorre em etapas na primeira encostamos A com B na segunda A com C 1º contato 2º contato Após o contato a carga elétrica adquirida pela segunda esfera é a Q2 b Q c 2 Q d nula e 3 Q Uma esfera metálica sustentada por uma haste isolante encontrase em equilíbrio eletrostático com uma pequena carga elétrica Q Uma segunda esfera idêntica e inicialmente descarregada aproximase dela até tocála como indica a figura a seguir A partir dessa configuração o fio é retirado e em seguida a esfera A é levada para muito longe Finalmente as esferas B e C são afastadas uma da outra Após esses procedimentos as cargas das três esferas satisfazem as relações a QA 0 QB 0 QC 0 b QA 0 QB 0 QC 0 c QA 0 QB 0 QC 0 d QA 0 QB 0 QC 0 e QA 0 QB 0 QC 0 Três esferas metálicas iguais A B e C estão apoiadas em suportes isolantes tendo a esfera A carga elétrica negativa Próximas a ela as esferas B e C estão em contato entre si sendo que C está ligada à terra por um fio condutor como na figura 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 Eletrização por Indução Na eletrização por indução são utilizados dois corpos o indutor e o induzido Indutor é um corpo que se encontra previamente carregado com carga positiva ou negativa podendo ser um condutor ou isolante Induzido é um corpo neutro que vai ser carregado com carga de sinal contrário ao indutor Ele deve ser obrigatoriamente um condutor de eletricidade Assim como na eletrização por contato há necessidade que pelo menos um corpo esteja eletrizado Diferentemente da eletrização por contato o corpo eletrizado indutor é somente aproximado do corpo neutro induzido provocando uma separação de cargas no corpo neutro Afastando o indutor o induzido volta à situação inicial Indução e polarização Polarização É o efeito que ocorre quando as extremidades opostas de um corpo ficam eletrizadas cor cargas de sinais contrários Notase porém que a carga total no dielétrico permanece neutra O Fio Terra Quando um corpo eletrizado é ligado à Terra por um caminho condutor ele se descarrega Eletrização por indução Para que B fique eletrizado devese após aproximar A de B realizar a seguinte sequência de operações A na presença do indutor ligase o induzido à Terra B na presença do indutor desfazse a ligação do induzido com a Terra e afastase o indutor C os elétrons em excesso no induzido espalhamse imediatamente por ele As quatro etapas da indução de uma esfera A negativa próxima a uma esfera B inicialmente neutra Na eletrização por indução o induzido eletrizase com carga elétrica de sinal oposto à do indutor Nesse processo a carga do indutor não se altera Um exemplo de uma consequência da eletrização por indução são os raios Quando temos uma nuvem carregada eletricamente durante uma tempestade ela irá induzir na superfície cargas de sinais opostos criando assim um campo elétrico entre a nuvem e a superfície Se esse campo elétrico for muito intenso teremos uma descarga elétrica violenta que nós conhecemos como raio Processos de Eletrização Atrito Contato Indução Processos de Eletrização Como acontece O que acorre Resultado do processo ATRITO Esfregando objetos neutros diferentes Durante o atrito um objeto perde elétrons fica positivo e outro ganha elétrons fica negativo Ficam com a mesma carga e sinais opostos portanto se atraem CONTATO Encostando pelo menos um objeto eletrizado com o outro neutro O objeto com carga em excesso transfere carga ao outro Após o contato ambos ficam carregados com o mesmo sinal portanto se repelem INDUÇÃO Aproximando um corpo eletrizado indutor de um corpo neutro induzido sem que haja contato entre eles sofre uma indução Ao conectar um fio terra o corpo tende a trocar elétrons com a terra e ficar assim eletrizado Após esse processo os corpos ficam eletrizados com cargas opostas portanto se atraem Eletroscópio Dispositivo que verifica se um corpo ou material está ou não eletrizado sem contudo identificar o sinal de sua carga elétrica 1 Pêndulo Eletrostático é um conjunto constituído por um suporte um fio isolante e uma esfera neutra presa a ele fio isolante esfera leve Atração e Repulsão 2 Eletroscópio de lâminas ou folhas é constituído de duas lâminas metálicas delgadas ligadas por uma haste condutora a uma esfera metálica a esfera é atraída por indução O corpo eletrizado atrai a esfera neutra Aproximando um corpo neutro da esfera não eletrizada não há atração nem repulsão corpo neutro a folha não se abre corpo eletrizado a folha se abre Se o corpo aproximado for negativo então vide a figura a seguir Afastandose o corpo as tiras voltam a ficar paralelas Um eletroscópio pode ser carregado eletricamente por contato ou indução No contato o eletroscópio adquire carga elétrica de mesmo sinal do corpo carregado Na indução ligase o eletroscópio à Terra na presença de um corpo carregado de forma a adquirir carga de sinal contrário a desse corpo Se aproximarmos um corpo carregado do eletroscópio também carregado Eletroscópio de Folhas Eletroscópio de Pêndulo Considere um eletroscópio de folhas descarregado São realizadas as seguintes operações a Aproximase de sua esfera um corpo negativamente eletrizado b Ligase o eletroscópio à Terra c Desfazse a ligação com a Terra e a seguir afastase o corpo eletrizado Indique o que acontece em cada operação e determine o sinal da carga elétrica do eletroscópio após essas operações Image contains visuals related to the operations mentioned in the text Próxima Aula Lei da Coulomb