1) Noções iniciais
a) Estuda os prótons e elétrons (elementos de carga básica) por suas interações e movimentos. Obs: Atualmente já se sabe que os quarks, com 2/3 da energia de um elétron.
b) Quanto à carga elétrica:
i) É conservativa, ou seja, a carga total de um sistema eletricamente isolado é constante – Princípio de conservação da energia
ii) Existem 2 tipos de carga elétrica: Positiva e Negativa
iii) As cargas elétricas semelhantes se repelem; as opostas se atraem.
iv) Em uma átomo neutro (normal) o número de prótons (+) e elétrons (-) é igual.
c) Classificação do corpo quanto a condutibilidade:
i) Condutores: Conduzem corrente elétrica com facilidade (baixa resistência elétrica). Ex: Ferro.
ii) Isolantes: Não conduzem corrente elétrica em condições normais. Ex: Borracha
iii) Semi-condutores: Descobertos depois, conduzem corrente elétrica, porém não com tanta facilidade. Ex: Silício (utilizado em computadores).
iv) Supercondutores: Descobertos a pouco tempo, à temperaturas extremamente baixas conduzem correntes elétricas sem oferecer resistência. Ex: Mercúrio a 4K ( -269,15°C)
2) Processos de eletrização
a) Por atrito: Ao atritar âmbar em pele de animal observa-se que o âmbar adquire a capacidade de atrair objetos leves. Isso se dá devido a aquisição de uma carga negativa.
b) Por contato: Devido à diferença de intensidade da força de atração dos elétrons das ultimas camadas pelo núcleo, quando certos corpos são pressionados em contra o outro os elétrons podem migrar de um para o outro
c) Por indução: Basta aproximar em corpo carregado, o indutor, de um condutor neutro a ser carregado, o induzido, e os elétrons desse se afastarão daquele (indutor negativo) ou serão atraídos pelo primeiro (indutor positivo). Esse processo polariza o induzido.
Para eletrizar o corpo induzido basta ligá-lo à terra e os elétrons poderão passar da terra para o corpo ou do corpo para a terra.
3) Detectores eletrostáticos
a) Detectam se um corpo está eletrizado ou não por meio das forças eletrostáticas. Ex: Pêndulo Eletrostático (pequena esfera condutora neutra, pendurada por um fio fino e isolante, que é atraída pelos objetos eletrizados que se aproximam) e Eletroscópio.
Pêndulo eletrostático Eletroscópio
4) Lei de Coloumb
a) Mede a intensidade da força (F) de interação eletrostática entre dois corpos.
k – Constante relacionada ao meio onde se encontram os corpos. Para o ar e para o vácuo utilizamos 9,0 . 109 Nm2C-2
q1 e q2 – Cargas elétricas dos corpos envolvidos medida pelo produto entre o número de elétrons a mais ou a menos (n) e a carga de um elétron ou próton, que vale 1,6 . 10-19 C. Vale ressaltar que os sinais utilizados para definir as cargas não são algébricos.
A unidade de medida da carga elétrica é o Coloumb (C), porém, por ser uma unidade muito grande, também utilizamos alguns submúltiplos: microcoloumb (1 µC=10-6 C), nanocoloumb (1 nC=10-9 C) e picocoloumb (1 pC=10-12 C).
b) A Força Elétrica é um vetor, assim, para saber qual a força eletrostática resultante basta fazer a composição de vetores.
5) Campo Elétrico
a) É a região onde ocorrem ações ou interações elétricas. Obs: O Campo Elétrico dentro do corpo gerador é nulo.
b) Vetor Campo Elétrico (
)
)i) É o vetor que define a interação de uma partícula em um campo elétrico. O valor desse vetor sobre uma partícula de carga q é definido por:
c) Linhas de força do Campo Elétrico
i) São linhas que determinam o campo elétrico. Elas se originam na superfície do corpo gerador do campo elétrico e nunca se tocam, como vistos nas figuras:
ii) Por meio das linhas de força podemor perceber:
(1) O vetor Campo Elétrico de um campo é tangencial à linha de força que o contem;
(2) A região com maior “concentração” de linhas de força possui maior intensidade de Campo Elétrico.
iii) Quando há a associação de duas ou mais partículas formando um campo elétrico as linhas de força de ambos se modificam, como visto nas figuras:
iv) Campo Elétrico Uniforme é àquele em que o vetor campo tem mesma intensidade, mesma direção e mesmo sentido em todos os pontos. Como as linhas de força de um campo são sempre tangentes ao vetor campo, concluímos que num campo uniforme as linhas de força são retas e paralelas. Para criar um Campo Elétrico Uniforma basta aproximar duas superfícies planas com cargas opostas, assim o campo elétrico entre elas é uniforme.
6) Energia Potencial Elétrica (Epe) e Potencial Elétrico (V)
a) Uma partícula em um campo elétrico pode sofrer deslocamento devido a uma força, realizando assim um trabalho. Como trabalho é a variação de energia e essa energia é chamada Energia Potencial Elétrica (Epe), que é definida por:
b) Chamamos de Potencial Elétrico a grandeza escalar determinada pela razão entre a energia potencial elétrica e a carga da partícula dentro do campo elétrico. A unidade de medida do Potencial Elétrico no S.I. (J/C) é o Volt (V) e o valor do Potencial Elétrico em linhas perpendiculares às linhas de força é constante.
c) Sendo o infinito o ponto onde, teoricamente, acaba o campo elétrico e, assim sendo, adotado como referencial de origem podemos afirmar que:
i) Quando o corpo se aproxima de um gerador de campo elétrico positivo ou se afasta de um negativo ΔV > 0;
ii) Quando o corpo se aproxima de um gerador de campo elétrico negativo ou se afasta de um positivo ΔV < 0.
d) Com relação ao Trabalho (τ) realizado por uma partícula que parte de A à B podemos afirmar que:
OBS: Dentro de um corpo gerador de campo elétrico V é constante sendo determinado, no caso de uma esfera, por:
7) Capacidade Elétrica (E)
a) Os primeiros físicos viam a eletricidade como um fluido, por isso criam que um corpo poderia guardar eletricidade até certo ponto. Dessa idéia surgiu a Capacidade Elétrica (E), que é definida por:
b) A unidade de medida de Capacidade Elétrica no S.I. (C/V) é o Farad (F), que, como o Coloumb, possui seus submútiplos.
c) Podemos afirmar que ao associarmos dois corpos com potenciais elétricos diferentes as cargas de um passarão para o outro até igualarem seus potenciais. A partis de Capacidade Elétrica podemos relacionar as suas cargas finais (qA’ e qB’) deste modo:
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