O símbolo da carga elétrica é a letra q. A carga elementar é representada por
e=1,6x10-19C,
sendo C a unidade de carga eletrica no SI. Portanto, se um átomo perder 3 elétrons ele fica com carga q=3e>0, se ele ganhar 4 elétrons ele fica com carga q=-4e<0. São os elétrons que se movimentam. Eles estão na superfície de um condutor e, por isso, o campo elétrico é nulo no interior de um condutor.
Quantização da carga elétrica
A carga elétrica existente na Natureza é um número inteiro positivo ou negativo da carga elementar, ou seja,
q=+ne ou q =-ne, n=1,2,3,4, ....
Isso significa que a carga elétrica de um corpo é discreta ou quantizada.
Por que ao invés de alumínio utiliza-se o fio de cobre nas instalações elétricas nas residência?
Devido a lei de Joule, ou seja, quando passa a corrente elétrica o condutor esquenta e o fio de cobre suporta altas temperaturas.
Como vimos, na eletrostática a carga elétrica dura muito pouco. Para que tenhamos uma corrente duradoura é necessário que seja mantido a ddp. Quando a ddp cessar a corrente acaba. Portanto, é necessário geradores potentes para produzir corrente elétrica. No caso das hidrelétricas, como a de Paulo Afonso, a ddp é mantida devido a constante queda d'água, fazendo as turbinas gerar a corrente elétrica através do atrito e do magnetismo, percorrendo uma grande distância até chegar em nossas residências.
Existem outros tipos de geradores de corrente elétrica, obtidos através da energia solar e energia química.
Matéria relacionada, projeto de eletrização com Canudos de Refrigerante apresntado em uma feira de ciências, em Cuité, a quem interessar, clique em,
Existem outros tipos de geradores de corrente elétrica, obtidos através da energia solar e energia química.
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Veja o vídeo.
https://youtu.be/5fmvABMQOSo?si=LPccEctGreJaXym0
Campo Elétrico.
Eletrostática
Relação do campo Elétrico com uma força elétrica.
Definição quantitativa do campo elétrico, no ponto P:
A Lei de Coulomb fornece a força elétrica que atua em um par de partículas com cargas elétricas. Ela não vale para uma placa carregada, um volume carregado ou uma linha de carga(um fio carregado).
A Lei de Coulomb vale somente para partícula. Considere duas partículas separadas por uma distância d e cargas elétricas Q_1 e Q_2. Verifica-se experimentalmente o seguinte:
(i) A força elétrica é proporcional ao produto das cargas elétricas
(ii) A força elétrica é inversamente proporcional ao quadrado da distância de separação.
Portanto, o módulo da força elétrica torna-se:
Note que para escrevermos uma equação é necessário introduzir uma constante k, denominada de constante eltrostática. A constante eletrostática no vácuo, torna-se:
k0=1/( 4𝛑∈0)=9x109(Nm2)/C2
Questões de eletrostática: considere duas partículas no vácuo nas extremidades da hipotenusa deste triângulo, com cargas Q=2e, na extremidade inferior e q=3e, na extremidade superior, sendo (e) a carga elementar no SI. Determine a força elétrica sobre a partícula com carga q=2e. Com carga elementar no SI,
e=1,6x10-19C.
Aqui C é a unidade de carga elétrica no SI, em homenagem ao cientista Coulomb).
Nesta questão temos um triângulo retângulo, vale o teorema de Pitágoras: x, a hipotenusa ao quadrado é a soma do quadrado dos catetos, 16+9, ou seja, x é a raiz quadrada de 25, x=5. Questões de eletrostática; considere duas partículas no vácuo nas extremidades da hipotenusa deste triângulo, com cargas Q=2e, na extremidade inferior e q=3e, na extremidade superior, sendo (e) a carga elementar no SI. Determine a força elétrica sobre a partícula com carga q=2e.
Solução.
Neste caso, não será necessário calcular a raiz quadrada. Pois, de acordo com a lei de Coulomb, a força elétrica é proporcional ao produto dos módulos das cargas elétricas e inversamente proporcional ao quadrado de separação entre elas.
d2= 25 ⇒d=5. Lei de Coulomb: lei da intensidade da força elétrica de um par de partículas com cargas elétricas Q e q distante d, entre elas duas.
F = k0.IQI.IqI/d2
Com k0 a constante eletrostática no vácuo.
Note que antes de fazer as substituições na lei de Coulomb, atente para o sistema de unidades. A nossa sugestão é colocar todas as unidades no SI(sistema de unidades de medidas internacional). Neste caso, basta você transformar centímetro(cm) para metro(m).
Portanto, usando as propriedades de potência, obtemos:
1m=100cm=102cm⇒1cm=(1/100)=10-2m
Agora, basta substituir os números na equação da lei de Coulomb e no final você deve colocar a unidade de força no SI: N(Newton).
Considere duas questões de eletrostática.
1) considere duas partículas no vácuo nas extremidades de uma haste na vertical, de comprimento 4cm, tendo um elétron na extremidade inferior e dois prótons na extremidade superior, sendo (e) a carga elementar no SI. Determine a força elétrica sobre o elétron.
Solução
q=-e=-1,6x10-19C.
Q=2e=3,2x10-19C.
Como a carga elementar no SI,
e=1,6x10-19C.
( Aqui C é a unidade de carga elétrica é em homenagem ao cientista Coulomb).
d=4cm=0,04m= 4x10-2 m ⇒ d2= 16x10-4m2
A constante eletrostática no vácuo,
k0=1/( 4𝛑∈0)=9x109(Nm2)/C2
Com epsilon zero,
∈0=1/( 4𝛑k0)
sendo a constante de permissividade elétrica no vácuo.
Lei de Coulomb, para duas partícupas com cargas Q e q.
⇒ F = k0.IQI.IqI/d2
Como todos os dados estão no SI, basta substituir os valores numéricos de cada um na equação a força elétrica, ou seja,
⇒ F = 9x109 x 3,2x10-19 x1,6x10-19/16x10-4
⇒ F = 9x 3,2x109-19-19+41,6/16
Note que,
1,6/16=16x10-1/16=10-1
Portanto, obtemos a seguinte intensidade da força elétrica:
⇒ F = 9x 3,2x109-19-19+4-1
⇒ F = 3x10-25 N
\2) Considere que três pontos materiais estão eletrizados com a seguinte distribuição de particulas, no vácuo, com cargas positivas:
Qa = 3e, Qb = 6e, Qc = 2e.
Sendo o vácuo o meio considerado (K0 = 9x10⁹ Nm²/C²), calcule a resultante da força atuante sobre a partícula b, tendo a seguinte distribuição de particulas com cargas elétricas, em uma linha horizontal.
A partícula "a" está na origem, "b" está a 3cm de "a", "c" está a 2cm de "b".
Solução
Como todos os dados não estão no SI, o primeiro passo será transformar as distância de centímetro para metro.
da=0, db=3cm=0,03m. dc=3cm+2cm= 5cm=0,05m.
Complete a resposta.
Campo de uma força.
Campo Gravitacional
Todo corpo próximo da superfície da terra sofre a ação da força da gravidade, dizemos que ali existe um campo gravitacional Terrestre, cuja a aceleração da gravidade, no SI, torna-se:
g=980cm2/s2=9,8m2/s2
A força peso(força gravitacional é o produto da massa pela aceleração da gravidade, ou seja,
P=mg.
O campo gravitacional é sempre de atração. Observa-se que a aceleração da gravidade diminui com a altitude, na Lua a aceleração da gravidade é cerca de 6 vezes menor do que na Terra. Obviamente, se não existisse o campo gravitacional Terrestre a Lua seguiria em linha Reta se afastando do nosso planeta.
Campo Elétrico de uma Partícula com Carga Elétrica
Analogamente, quando colocamos um objeto com carga elétrica em um ponto do espaço, se ele sofre a ação de uma força elétrica de atração ou repulsão, dizemos que naquele ponto existe um campo elétrico.
O cientista Maxwel, mostrou, em 1685, que o campo elétrico faz parte da onda eletromagnética(unificação do campo elétrico e campo magnético) se propagando no espaço com uma velocidade muito alta, a saber, no vácuo: c=300.000km/s, ambos campos vibrando em direções perpendiculares a direção de propagação.
Essa velocidade da luz no vácuo, v=c, no SI e na notação científica, lembrando-se que 1km=1000m, torna-se:
c=300.000km/s=300.000.000m/s= 3x108m/s.
Na notação padrão da ciência ou notação científica, os valores das grandezas Físicas são escritos em potência de dez, na seguinte forma:
Ax10n, com 1<A<10 e n um número inteiro positivo ou negativo, para representar um número muito grande ou um número muito pequeno, como o tamanho de um átomo,
1Ao(Angston)=10-10m.
O tamanho do núcleo de um átomo é dez mil vezes menor do que o tamanho do átomo, ou seja, o tamanho do átomo dividido por 10 mil, resultando em 10-14m.
O Campo elétrico é definido em um certo ponto do espaço, digamos, no ponto P da figura abaixo. Quando a fonte tiver uma carga elétrica positiva, o campo elétrico se afasta do ponto, onde queremos saber o seu valor.
A força elétrica no ponto P tem a mesma direção do campo elétrico:
Definição quantitativa do campo elétrico, no ponto P: para medir o campo elétrico gerado devido a uma fonte com carga elétrica Q, coloca-se uma partícua com uma carga teste com carga elétrica q>0 no ponto P e medimos a força elétrica, devido ao par de cargas Q e q, ou seja,
Portanto, usando a lei de Coulomb, o campo elétrico de uma partícula com carga elétrica Q distante d do ponto P, torna-se:
E= k0IQI/d2
Note que a intensidade do campo elétrico não depende da carga teste q, colocada no ponto. Depende da intensidade da carga fonte e do quadrado da distância de separação.
O desenho do vetor campo elétrico é sempre partido do ponto P. Quando a fonte tiver uma carga elétrica negativa, o campo elétrico, tem origem no ponto e extremidade apontando em direção da fonte.
Enquanto que o campo gravitacional é sempre de atração, o campo elétrico pode exerce uma foça de atração ou de repulsão. Quando a carga elétrica da fonte for positiva, o campo elétrico se afasta do ponto P, no contrário, com a carga fonte negativa, o vetor campo elétrico é de aproximação, saindo do ponto em direção a fonte com carga elétrica negativa.
Aula 01-2024.2- Instrumentação em Ciência da Natureza e suas Tecnologias II, professor Rafael, nesta sexta-feita, 22 https://rafaelrag.blogspot.com/2024/11/aula-01-20242-instrumentacao-em-ciencia_22.html?m=0
Aulas 2 e 3, 27-11-24, da disciplina de Instrumentação II, cada estudante deve fazer um resumo sobre a Lei de Coulomb, campo elétrico... https://rafaelrag.blogspot.com/2024/11/aulas-2-e-3-20242-instrumentacao-em.html?m=1
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