Aula 04 de Instrumentação II, diferença de potencial e capacitor. UFCG-2021.2- Professor Rafael, nesta sexta, 13

Instrumentação em Ciência da Natureza e suas Tecnologias II

No vídeo da aula remota 04 da disciplina de instrumentação em ciência da Natureza e suas Tecnologias II, nesta sexta-feira, 13 de maio, no nível da educação básica, cujo conteúdo programático começará sobre eletricidade, diferença de potencial, no final introduziremos o conceito de capacitor.

 

Diferença de potencial (Tensão) e Capacitores

Diferença de potencial(Ddp) é definido como o trabalho eletrostático realizado entre os pontos A e B divido pela valor da carga da partícula que se move.

Ddp=V_A-V_B=W_AB/q

Se o campo elétrico eletrostático for uniforme, a força elétrica também será, F=qE, digamos que a partícula com carga q se desloque uma distância d, obtemos:

W_AB=Fd,

Portando, 

V_A-V_B=W_AB/q=Eqd/q=Ed, ou seja, 

V_A-V_B=Ed.

O que significa ligar um ferro elétrico na tomada, em uma residência na Paraíba, tendo uma tensão de 220V?

Propriedades do Potencial Elétrico

Considere uma partícula com carga elétrica q_1, distante d_1 de um ponto O, o potencial elétrico é dado por

V_1=K (q_1/ d_1).

A constante eletrostática K, no vácuo e no SI, é representada com um índice inferior 0, ou seja,

K_0=9x10^9 (Nm^2)/C^2)

Notação em potência de dez, 10^2= dez ao quadrado. Unidades de medidas no SI: C=Coulomb é a unidade de carga elétrica, N=unidade de força e m=metro.

Note também que em nossa notação, q/d, significa q dividido por d.

Em uma residência medimos com um voltímetro a tensão ou ddp=diferença de potencial. Por exemplo, a voltagem na sua residência na Paraíba,  é 220V, (V=volts é a unidade de tensão e de potencial elétrico no SI). No Rio de Janeiro é 110V. Na linguagem coloquial, a tensão é denominada de voltagem.

O potencial elétrico de uma distribuição de partículas carregadas é a soma algébrica do potencial de cada partícula, podendo ser positivo ou negativo dependo do sinal das cargas elétricas. Considerando 4 partículas com cargas elétricas em diferentes posições, o potencial elétrico total em um ponto O, distante d_1, d_2, d_3 e d_4, respectivamente, obtemos:

V=V_1+V_2+V_3+ V_4.

Com

V_i=K(q_i)/(d_i), i =1, 2, 3, 4.

K é a constante eletrostática.

Carga puntiforme, significa uma partícula com carga elétrica. Realmente a teoria apresentada nesta postagem é válida somente para partícula, não valendo para um corpo carregado. No caso de uma distribuição contínua de carga elétrica, teríamos que usar o cálculo diferencial e integral simples, dupla ou tripla. Afirmações do professor Rafael Rodrigues (UFCG, campus Cuité).

Linhas de força(LF) do campo elétrico de duas partículas com cargas elétricas de sinais contrário. Elas partem das partículas com carga elétrica positiva e chegam naquela com carga negativa. As LF nunca se cruzam. O vetor campo elétrico é tangente as LF.  O número de LF aumenta com o aumento da intensidade do campo elétrico. 

Quando abandonamos uma partícula com carga elétrica q>0 em um campo elétrico, ela de deslocará sob a ação da força elétrica, realizando um trabalho positivo, se o deslocamento e a força elétrica estiverem no mesmo sentido, caso contrário, o trabalho eletrostático será negativo.

Capacitância de um Capacitor

O capacitor é um dispositivo eletrônico que serve para armazenar carga elétrica e energia. Ele é composto por duas armaduras condutoras separadas por um certo meio, sendo uma com carga +Q e a outra com -Q. 

Você pode usar uma bateria de 12V para carregar as placas de um capacitor de placas planas e paralelas. No início, as placas estão descarregadas. Quando você conectar cada uma nos dois terminais positivo e negativo da bateria, iniciará o movimento dos elétrons. A explicação estará no final da aula de hoje. Iniciaremos com uma resumo do que foi visto na aula anterior.

Verifica-se experimentalmente que a  carga elétrica armazenada no capacitor é proporcional a ddp(V), sendo a constante de proporcionalidade C denominada de capacitância do capacitor, isto é,   

C=Q/V, 

com V sendo a ddp e Q o módula da carga elétrica na placa condutora, em geral, são placas de metal. separadas por um material dielétrico colocada entre elas. O dielétrico é um material isolante, constituído de cerâmica, porcelana ou o ar. Note que a carga elétrica total do capacitor é nula.

Unidade no SI: F(farad) 

Na próxima aula 5 de  quinta-feira, 19 de maio, iremos responder a pergunta do que a matéria é composta? Anunciarei a primeira das 4 equações de Maxwell do eletromagnetismo: lei de Gauss.

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