Eletrostática

    Introdução

    Dois objetos se atraem quando possuem cargas diferentes (um negativo e outro positivo ou vice versa) e se repelem quando possuem cargas iguais (positiva e positiva ou negativa e negativa):

figura 1

    Um corpo é negativo porque ganha elétron e não porque perdem prótons, um corpo é positivo porque perde elétron e não porque ganha prótons e um corpo é neutro porque tem o mesmo número de prótons e elétrons e não porque não tem nenhum dos dois.

    Um corpo negativo ou positivo quando ligado à terra sempre fica neutro. Veja a explicação na postagem do gerador de Van de Graaff.

    Qualquer corpo pode ter uma carga (Q), que é calculada através da fórmula:

Q= + ou - n.e

onde: 

• n (pode ser positiva quando o corpo em questão é positivo ou pode ser negativo quando o corpo em questão for negativo) é o nº de elétrons que um objeto tem em excesso (objeto com carga negativa) ou em falta (objeto com carga positiva);

• e é uma constante chamada de carga elementar que vale 1,6.10^-19 C (o  ^  quer dizer que o 10 está elevado a -19 e o C da carga elementar é a medida: Coulomb);                                    
• Q é a carga do objeto que também é medida em Coulomb (C).

    Porém só objetos condutores podem transportar elétrons de uma coisa para outra.

    Bom, para treinar vou colocar uma questão resolvida e algumas questões para você entender como se usa esta fórmula:

1. Determine o número de elétrons que deverá fornecer a um condutor metálico inicialmente neutro, para que fique eletrizado com carga elétrica igual a -10 C.

Resolução:

A carga elétrica de qualquer corpo pode ser expressa sempre da seguinte forma:

Q = + ou - n.e

em que :n = 1, 2, 3,... e e é a carga elementar.

Assim:

-1,0 = -n.1,6.10^-19

n = 1,0/1,6.10^-19 = 0,625.10^19

n = 6,25.10^18 elétrons

    2.  Um condutor estando inicialmente neutro, perdeu 5,0.10^13 elétrons.

         Dado: e = 1,6.10^-19.

          a) a carga deste corpo ficou positiva ou negativa?

          b) qual é o valor da carga elétrica deste corpo?

    3.  (Unicamp - SP) Duas cargas elétricas Q e q atraem-se quando colocadas             

         próximas uma da outra.

           a) o que se pode afirmar sobre os sinais de Q e de q?

           b) a carga Q é repelida por uma terceira carga, Q', positiva. Qual é o sinal de q?

    4.  (UFSM - RS) Considere as seguintes afirmativas:

          I - Um corpo não-eletrizado possui um número de prótons igual ao número de  

          elétrons.

          II - Se um corpo não-eletrizado perde elétrons, passa a estar positivamente 

          eletrizado e, se ganha elétrons, negativamente eletrizado.

          III - Isolantes ou dielétricos são substâncias que não podem ser eletrizadas.

          Está(ão) correta(s):

          a) apenas I e II.

          b) apenas II.

          c) apenas III.

          d) apenas I e III.

          e) I, II, III.

    

    5.  (Puccamp -SP) Duas pequenas esferas suspensas por fios isolantes estão  

         eletrizadas negativamente e repelem-se mutuamente. Observa-se que, com o  

         tempo, a distância entre elas diminuem gradativamente. Pode-se afirmar que isso   

         ocorre porque as esferas, através do ar:

           a) recebem prótons.

          b) perdem prótons.

          c) recebem elétrons.

          d) trocam prótons e elétrons.

          e) perdem elétrons.

Aí vai o gabarito destas questões:

Gabarito:

1) Resolvida.

2) a) positiva.

     b) +8.10^-6 C.

3) a) Têm sinais opostos.

     b) Negativa.

4) a).

5) e).

Força de atração entre duas partículas

    Para entender como funciona e como poder aplicar em questões você precisa conhecer a teoria a seguir:

    Existe dois tipos de atração por cargas elétricas: a atração por indução e a de cargas opostas que nós vimos na introdução.

    Mas e atração de indução como é que ela acontece?

    Bom, ela acontece quando temos um corpo neutro e um eletrizado se atraem.

    Mas porque eles se atraem, se eles só se atraem se tiverem cargas opostas?

    Não é bem assim. Quando disserem que um corpo é neutro, não é porque ele tem nenhum elétron (-) e nenhum próton (+) ou porque só tem neutron (0), é porque ela tem o mesmo número de elétrons e de prótons. possuindo assim uma carga 0.

    Voltando ao assunto, esse tipo de atração ocorre quando um corpo eletrizado puxa as cargas opostas para a superfície, do corpo neutro, mais próxima desse eletrizado:

figura2

figura3

    Quando temos um corpo eletrizado e um neutro em contato as cargas do eletrizado se dividem igualmente entre os corpos. Por exemplo, se temos um corpo com uma carga -6 C e um neutro (0 C) e os colocamos em contato os dois terão uma carga de -3 C.
    Logo, se temos um corpo com uma carga Q e um neutro e os colocamos em contato os dois terão uma carga de Q / 2.
    Mas se temos dois corpos em contato as cargas finais de cada um será a média aritimética dos dois corpos.

Q' = (Q + q) / 2

    Então, se tivermos um corpo com carga de -5 C e outro com carga de +7 C e pormos as duas em contato, a carga de cada uma será +2 C.

    A força de atração entre duas partículas é um vetor, isto é, quando em direções contrárias, são diminuídas, quando na mesma direção, são somadas:

     Neste caso, a força resultante seria de 2 C com a seta para cima:
                                                          4 C + 5 C = 9 C
                                                           9 C - 7 C = 2C
    Mas se ao invés de 7 C, fosse 9 C, a força resultante seria de 0 C. Então ela ficaria parada:
                                                           9 C - 9 C = 0C

    A força, em Newton, é calculada pela seguinte fórmula:

F = k.\Q\.\q\ / K.d²

    Onde:

• k = Constante eletrostática que vale 9.10^9 N.m²/C²;
• K = Constante dielétrica que possui um certo valor, dependendo de onde o experimento está sendo feito;
• Q = Carga de uma das partículas;
• q = Carga da outra partícula;
• d = Distância em metros de uma partícula a outra;

     Eis a tabela de alguns dos valores que K pode assumir:

Material	εr
vácuo	1
ar	1,00059
alumínio	8,1 - 9,5
esteatita (MgO-SiO2)	5,5 - 7,2
mica	5,4 - 8,7
óleo	4,6
papel	4 - 6
papel parafinado	2,5
plástico	3
polistireno	2,5 - 2,6
porcelana	6,0
pyrex	5,1
sílica fundida	3,8
Titanatos	50 - 10000
vidro de cal de soda	6,9

    Eis a tabela de alguns dos valores que k pode assumir:

    Alguma dúvida? É só comentar e perguntar que eu responderei.

    Depois postarei mais coisas. Não deixem de olhar todas as postagens, pois quando eu chegar em resistores, geradores e receptores, quem gosta de mexer com eletricidade, mecânica e tudo mais, vão querer ver os projetos que eu vi por aí, que ensinarei a montá-los passo por passo. E toda vez que eu fizer alguns desses projetos como o Gerador de Van de Graaff, vou colocar meus vídeos explicando como montar passo a passo cada projeto.

    Thau pessoal, e muito obrigado por verem meu blogger.