Física 3 - Eletrostática - Força eletrica + Video Aula + Exercícios.

Eletrostática = Estuda as cargas em REPOUSO.

Se pudéssemos separar os prótons, nêutrons e elétrons de um átomo, e lançá-los em direção à um imã, os prótons seriam desviados para uma direção, os elétrons a uma direção oposta a do desvio dos prótons e os nêutrons não seriam afetados.

Esta propriedade de cada uma das partículas é chamada carga elétrica. Os prótons são partículas com cargas positivas, os elétrons tem carga negativa e os nêutrons tem carga neutra.

Um prótons e um elétrons têm valores absolutos iguais embora tenham sinais opostos. O valor da carga de um próton ou um elétrons é chamado carga elétrica elementar e simbolizado por e.

A unidade de medida adotada internacionalmente para a medida de cargas elétricas é o coulomb (C).

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

Eletrizar um corpo significa basicamente tornar diferente o número de prótons e de elétrons (adicionando ou reduzindo o número de elétrons).

Podemos definir a carga elétrica de um corpo (Q) pela relação:

Onde:

Q= Carga elétrica, medida em coulomb no SI

n= quantidade de cargas elementares, que é uma grandeza adimensional e têm sempre valor inteiro (n=1, 2, 3, 4 ...)

e= carga elétrica elementar ()

 A eletrostática é basicamente descrita por dois princípios, o da atração e repulsão de cargas conforme seu sinal (sinais iguais se repelem e sinais contrários se atraem) e a conservação de cargas elétricas, a qual assegura que em um sistema isolado, a soma de todas as cargas existentes será sempre constante, ou seja, não há perdas.

Quarks

Protons e neutrons são feitos de quarks.

Tudo que sabemos sobre o tamanho dos quarks é que ele é muito pequeno para se medir com os aceleradores atuais e os métodos experimentais
existentes. Logo, os teóricos os tratam como se fossem partículas pontuais.

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1 Próton = 1d + 2u

1 Nêutron = 1u + 2d 

 

 Condutores e Isolantes

Chamamos de condutores os corpos onde as partículas portadoras de carga elétrica conseguem se mover sem dificuldade, os corpos onde isso não acontece chamamos de isolantes.

Processos de eletrização

 • Eletrização por atrito:

Quando há eletrização por atrito, os dois corpos ficam com cargas de módulo igual, porém com sinais opostos.

• Eletrização por contato:

Se dois corpos condutores, sendo pelo menos um deles eletrizado, são postos em contato, a carga elétrica tende a se estabilizar, sendo redistribuída entre os dois, fazendo com que ambos tenham a mesma carga, inclusive com mesmo sinal. O cálculo da carga resultante é dado pela média aritmética entre a carga dos condutores em contato.

• Eletrização por indução:

Este processo de eletrização é totalmente baseado no princípio da atração e repulsão, já que a eletrização ocorre apenas com a aproximação de um corpo eletrizado (indutor) a um corpo neutro (induzido).
O processo é dividido em três etapas:
  1. Primeiramente um bastão eletrizado é aproximado de um condutor inicialmente neutro, pelo princípio de atração e repulsão, os elétrons livres do induzido são atraídos/repelidos dependendo do sinal da carga do indutor.

2. O próximo passo é ligar o induzido à terra, ainda na presença do indutor.

  3. Desliga-se o induzido da terra, fazendo com que sua única carga seja a do sinal oposto ao indutor.

Após pode-se retirar o indutor das proximidades e o induzido estará eletrizado com sinal oposto à carga do indutor e as cargas se distribuem por todo o corpo.

Lei de Coulomb 

O que a Lei de Coulomb enuncia é que a intensidade da força elétrica de interação entre cargas puntiformes é diretamente proporcional ao produto dos módulos de cada carga e inversamente proporcional ao quadrado da distância que as separa. Podemos escrever a equação da lei de Coulomb como:

 

O valor mais usual de k é considerado quando esta interação acontece no vácuo, e seu valor é igual a:

 

Gráfico F = f(d)

Para duas cargas Q e q distanciadas de r, no vácuo, estudando como varia a intensidade da força elétrica ,conforme variamos a distância entre elas, obtemos a tabela a seguir.

Da tabela podemos construir o gráfico abaixo:

(Fonte: sofisica.com.br, if.ufrj.br, efeitojoule.com)

Exercícios 

01. (Fuvest) Duas partículas, eletricamente carregadas com + 8,0 · 10^–6 C cada uma, são colocadas no vácuo a uma distância de 30 cm, onde.

A força de interação eletrostática entre essas cargas é:

a) de repulsão e igual a 6,4 N.

b) de repulsão e igual a 1,6 N.

c) de atração e igual a 6,4 N.

d) de atração e igual a 1,6 N.

e) impossível de ser determinada

02. (FCC - BA) Considere duas esferas metálicas idênticas. A carga elétrica de uma é Q e a da outra é -2Q. Colocando-se as duas esferas em contato, a carga elétrica da esfera que estava, no início, carregada positivamente fica igual a: 

      a) 3 Q/2

      b) Q/2

      c) -Q/2

      d) -3Q/2

      e) -Q/4 

03. (UNESP) De acordo com o modelo atômico atual, os prótons e nêutrons não são mais considerados partículas elementares. Eles seriam formados de três partículas ainda menores, os quarks. Admite-se a existência de 12 quarks na natureza, mas só dois tipos formam os prótons e nêutrons, o quark up (u), de carga elétrica positiva, igual a 2/3 do valor da carga do elétron, e o quark down (d), de carga elétrica negativa, igual a 1/3 do valor da carga do elétron. A partir dessas informações, assinale a alternativa que apresenta corretamente a composição do próton e do nêutron: 

       próton                nêutron

      a) d, d, d                u, u, u

      b) d, d, u                u, u, d

      c) d, u, u                u, d, d

      d) u, u, u                d, d, d

      e) d, d, d                d, d, d 

04. (PUC) Os corpos eletrizados por atrito, contato e indução ficam carregados respectivamente com cargas de sinais: 

      a) iguais, iguais e iguais;

      b) iguais, iguais e contrários;

      c) contrários, contrários e iguais;

      d) contrários, iguais e iguais;

      e) contrários, iguais e contrários.

05. (CESGRANRIO) A lei de Coulomb afirma que a força de intensidade elétrica de partículas carregadas é proporcional:

      I.   às cargas das partículas;

      II.  às massas das partículas;

      III. ao quadrado da distância entre as partículas;

      IV. à distância entre as partículas.

      Das afirmações acima: 

      a) somente I é correta;

      b) somente I e III são corretas;

      c) somente II e III são corretas;

      d) somente II é correta;

      e) somente I e IV são corretas.   

(gabarito dado em sala)