Campo eltrico: Lei de Coulomb

Eletricidade presente em nosso cotidiano ...

Eletricidade uma forma de energia associada aos fenmenos causados por cargas

eltricas em repouso (eletrosttica) e em movimento (eletrodinmica)

Lanterna

bateria lmpada

Chave liga/desliga

Ao fechar a chave S, a bateria fornece corrente

eltrica lmpada

A bateria converte a energia qumica em eltrica, a corrente eltrica transporta essa

energia lmpada, que a converte em energia luminosa e trmica por meio de sua

resistncia eltrica

A eletrosttica estuda os fenmenos relacionados s cargas eltricas em repouso

Cargas eltricas

Modelo atmico

Os eltrons giram em rbitas em torno do ncleo.

O ncleo formado por prtons e nutrons

Quais as diferenas entre esses elementos?Quais as diferenas entre esses elementos?

eltrons tem carga negativa (-)

prtons carga positiva (+)

Nutrons so neutros

Geralmente os tomos so eletricamente neutros: O nmero de prtons igual o nmero

de eltrons.

Princpio fundamental da eletrosttica

Cargas de sinais contrrios se atraem

Cargas de mesmo sinal se repelem

Materiais condutores

Exemplo: Cobre, Alumnio

Condutores metlicos a conduo da eletricidade d-se basicamente pela

movimentao desses eltronsmovimentao desses eltrons

Materiais isolantes

Exemplo: ar, borracha e o vidro

No conduzem eletricidade

Eletrizao dos Corpos

Podemos eletrizar um corpo com carga Q por meio da ionizao dos seus tomos, isto ,

retirando ou inserindo eltrons em suas rbitas, formando ons positivos (ctions) ou ons

negativos (nions).

Eletrizado positivamenteEletrizado negativamente

Clculo da carga Q de um corpo

Como podemos eletrizar um corpo?

Trs processos: atrito, contato e induo

atrito contato

induo

1) Qual o nmero de eltrons retirado de um corpo cuja carga eltrica Q=+32C?

2) Qual o nmero de eltrons inserido num corpo cuja carga eltrica Q=-80nC?

3) De um corpo neutro foi retirado um milho de eltrons. Qual sua carga eltrica final?

Exemplos

4) Num corpo eletrizado com carga inicial Qi=+1pC, foi inserido um milho de eltrons.

Qual a sua carga eltrica final Qf?

5) A massa de uma moeda de cobre 3,11 g. Sendo eletricamente neutra, ela contm

quantidade iguais de cargas positivas e negativas. Qual o mdulo q da carga total

positiva (ou negativa) na moeda? Leve em conta que a moeda de cobre tenha 2,95.1022

tomos e nmero atmico do Cobre 29.

6) Duas pequenas esferas idnticas esto eletrizadas com cargas de 6,0 C e -10C,

respectivamente. Colocando-se as esferas em contato, calcule o nmero de eltrons que

passam de uma esfera para outra.

7) Uma esfera isolante est eletrizada com carga de -3,2C. Sabendo que a carga

elementar vale 1,6.10-19C, explique o estado da esfera em termos de suas cargas.

Lei de Coulomb

8) Determine a intensidade e o sentido da fora entre duas cargas QA=10C e QB=2nC,

no vcuo, distantes 3 cm uma da outra.

9) Qual deve ser a distncia entre duas cargas puntiformes q1=26,0C e q2=-47,0C,

para que o mdulo da fora eletrosttica entre elas seja de 5,70N?

10) A figura abaixo mostra duas cargas q1 e q2, mantidas a uma distncia fixa d uma da

outra. (a) Qual o mdulo da fora eletrosttica que atuas sobre q1? Suponha

q1=q2=20,0 C e d=1,50 m. b) Uma terceira carga q3=20,0C trazida e colocada na

posio da figura. Qual o mdulo da fora eletrosttica sobre q3?

Como uma carga sente a presena da outra

carga?

Campo eltrico Er

Campo eltrico E

Uma carga cria um campo eltrico que pode ser representado por linhas de campo radiais

orientadas, sendo que sua unidade de medida newton/coulomb (N/C)

Calculo da intensidade de um campo eltrico:

Comportamento das linhas de campo eltrico

Quando duas cargas de sinais contrrios esto

prximas, as linhas divergentes da carga eltrica

positiva tendem a convergir para a carga negativa.

Quando duas cargas de mesmos sinais esto

prximas, se elas so positivas, as linhas de campo

so divergentes para ambas as cargas, e se elas

so negativas, as linhas de campo so so negativas, as linhas de campo so

convergentes para ambas as cargas

Exemplo de um campo eltrico uniforme

Calculo da fora eletrosttica

Carga eltrica colocada em um campo eltrico uniforme ficar sujeita a uma fora:

EQFrr

=

Se a carga positiva, a fora age no mesmo sentido da linha de campo

Se a carga negativa, a fora age no sentido contrrio ao da linha do campo.

11) Na figura abaixo, consideremos que a carga QA=20nC esteja fixa. Uma carga

QB=10nC colocada num ponto da superfcie de raio d1=1m, em que o campo tem

mdulo E1. Determine a intensidade e o sentido da fora F1 que age na carga QB.

Potencial eltrico

Cada ponto dessa regio existe um potencial

eltrico

Clculo do potencial eltrico (unidade Volts (V)) de uma carga Q

Uma carga positiva cria ao seu redor potenciais positivos e uma carga negativa cria ao

seu redor potenciais negativos

Superfcie equipotencialSuperfcie equipotencial

Princpios da eletrodinmica

Tenso eltrica

Carga q colocada em um ponto A sujeito a um campo eltrico criado por +Q

O potencial do ponto A menor que o do ponto B VA

A diferena de potencial eltrico entre dois pontos denominado tenso eltrica

Num circuito, indica-se uma tenso por uma seta voltada

para o ponto de maior potencial.

Lembrando que a unidade de tenso eltrica Volt (V)

A gua se desloca da caixa dgua A para a B.

Cada ponto do espao possui um potencial

gravitacional que proporcional sua altura.

A corrente de gua existe por causa da diferena de

potencial gravitacional entre as caixas dgua

Analogia entre outros ramos da fsica

Corrente eltrica

Aplicando uma diferena de potencial num

condutor metlico, os seus eltrons livres

movimentam-se de forma ordenada no

sentido contrrio ao do campo eltrico.

A movimentao das cargas eltricas

denomina-se corrente eltrica:

Unidade de medida no SI o ampre (A)

Clculo da corrente eltricaClculo da corrente eltrica

A intensidade da corrente eltrica a medida da

variao da carga Q (em coulomb), por meio da seo

transversal de um condutor durante um intervalo de

tempo t

Corrente convencional

Evitar o uso do valor negativo para

corrente: considera-se que a corrente

eltrica num condutor metlico seja

formada por cargas positivas, indo,

porm do potencial maior para o

menor

Corrente sai do plo positivo da Corrente sai do plo positivo da

bateria (maior potencial) e retorna ao

seu plo negativo (menor potencial)

Fonte de tenso ou alimentao

7) Um fio metlico percorrido por uma corrente eltrica contnua e constante. Sabe-se

que uma carga eltrica de 32 C atravessa uma seo transversal do fio em 4,0 s.

Determine:

a) A intensidade da corrente eltrica.

b) O nmero de eltrons que atravessa uma seo do condutor no referido intervalo de

tempo.

8) Um fio de cobre, de rea de seo transversal 5,0.10-3 cm2, percorrido por uma8) Um fio de cobre, de rea de seo transversal 5,0.10-3 cm2, percorrido por uma

corrente contnua de intensidade 1,0 A. Determine:

a) O nmero de eltrons passando por uma seo transversal do condutor em 1,0s.

b) A velocidade mdia dos eltrons, sabendo que existem 1,7. 1022 eltrons livres por

g/cm3.