Resumo de fisica: Eletrostática



Conceitos primitivos da Eletrostática

Carga elétrica:  A carga elétrica, cuja unidade no sistema internacional é o coulomb (C), é uma propriedade manifestada somente por prótons e elétrons. Dizemos que um corpo é neutro quando possui quantidade exatamente igual de prótons e elétrons. Por outro lado, dizemos que está eletrizado se não ocorrer o equilíbrio entre as quantidades dessas partículas.

 

Um próton e um elétron têm valores absolutos de carga iguais e sinais oposto. O valor da carga de um próton é:

eletrostática

e a de um elétron é:

eletrostática

onde “e” simboliza a carga elementar.

Já o nêutron tem carga igual a 0.

a carga elétrica elementar é a menor quantidade de carga encontrada na natureza, comparando-se este valor com o coulomb, observa-se a relação:

eletrostática

Quantização da carga e eletrização

Os corpos que estudamos nessa parte da física são capazes de adquirir carga elétrica e são normalmente divididos em dois grupos: condutores e isolantes. A diferença entre eles é que: nos corpos ditos condutores, os portadores de carga elétrica possuem mobilidade, enquanto nos isolantes isso não ocorre. O efeito observado  é que ao eletrizar um condutor, as cargas tendem a se distribuir por toda a extensão do corpo. Já nos isolantes, a carga fica confinada no local da eletrização.

 

 A quantidade de carga (Q) que um corpo pode adquirir é dita quantizada, ou seja, é dada em múltiplos de um valor bem definido. Esse valor é justamente a carga elementar e. A expressão matemática que nos traduz o que foi dito acima é dada por:

eletrostática

Onde “Q” é a quantidade de carga (em módulo), “n” é o número de partículas portadoras de carga transferidas ao material e “e” é a carga elementar.

Tipos de eletrização

Um corpo pode ser eletrizado, ou seja, adquirir carga elétrica, de 3 maneiras:

  • eletrização por atrito;

  • eletrização por contato;

  • eletrização por indução

Eletrização por atrito

Como o próprio nome já diz, atritam-se dois corpos, inicialmente neutros e constituídos de substâncias diferentes. Durante o processo, um deles cede elétrons e o outro recebe. Ao final, os corpos estarão eletrizados com cargas de mesmo módulo, mas de sinais opostos.

Para saber qual corpo doa e qual recebe elétrons, observa-se uma tabela chamada de série triboelétrica. Os materiais posicionados na parte mais superior da tabela tendem a ficar positivos (doar elétrons), enquanto os da parte inferior tendem a receber elétrons e ficar negativos após o processo.

eletrostática eletrização por atrito

Eletrização por contato

Coloca-se um corpo já eletrizado em contato com o corpo neutro que desejamos eletrizar. Ao final do processo, os corpos, se forem idênticos, devem possuir cargas de mesmo módulo e mesmo sinal.

Para esse processo vale o princípio da conservação das cargas, que diz que o somatório das cargas antes do contato tem que ser igual ao somatório das cargas após o contato.

Caso os corpos não sejam idênticos, devem ser levadas em conta as dimensões dos corpos em contato. O módulo da carga após o contato é diretamente proporcional às dimensões do corpo.

eletrostática eletrização por contato

Eletrização por indução

Dizemos que indução elétrostática é o fenômeno de separação de cargas elétricas de sinais contrários em um mesmo corpo. Esse tipo de eletrização ocorre apenas pela aproximação entre um corpo eletrizado e um corpo neutro, sem que haja contato entre eles.

 

Faz-se a ligação do corpo induzido com a terra para que as cargas opostas às que estão mais próximas do indutor possam ser neutralizadas. Dessa forma, ao final do processo o corpo permanece com a carga desejada.

 

O corpo induzido possui carga de sinal oposto à do indutor. Além disso, o módulo da carga induzida é sempre menor que o módulo da carga do indutor.

eletrostática eletrização por indução

Lei de Coulomb

Lei de Coulomb ou lei da interação das cargas, foi descrita pela primeira vez pelo físico francês Charles Augustin de Coulomb, em 1873. A lei refere-se ao princípio que rege a interação eletrostática entre partículas eletricamente carregadas.

 

sua expressão matemática é dada por:

eletrostática

eletrostática: É a chamada constante eletrostática e depende do meio em que estão imersas as cargas, dada em: [eletrostática]

eletrostática e eletrostática: São os módulos das cargas que estão interagindo, dados em: eletrostática

eletrostática: É a distância que separa as cargas, dada em: eletrostática

No vácuo denotamos a constante eletrostática eletrostática  por  eletrostática  e ela assume o valor de: 

eletrostática

Obs.: Entre cargas de sinais opostos surgem forças de atração. Já entre cargas de sinais idênticos, surgem forças de repulsão.