Imagine a seguinte experiência: duas barras de vidro suspensas por um fio de náilon, próximas entre si, são atritadas com um pano de seda. As barras se eletrizam positivamente e ao serem abandonadas elas se repelem. Agora imaginamos que duas barras de celuloide sejam atritadas com lã. Nesse caso, as barras são eletrizadas negativamente e ao serem abandonadas se repelem. Entretanto, se aproximarmos as barras de vidro e a de celuloide depois de atritadas elas se atraem. Assim, podemos enunciar a primeira lei fundamental da eletrostática:
Princípio da atração e repulsão: Cargas elétricas da mesma espécie (mesmo sinal) se repelem e cargas elétricas de espécies diferentes (sinais contrários) se atraem.
Princípio da conservação das cargas elétricas: a soma algébrica das cargas elétricas existentes em um sistema eletricamente isolado é constante.
Portanto, se em um sistema eletricamente isolado houver corpos com pelo menos um deles eletrizado, poderão ocorrer trocas de cargas elétricas entre eles, mas a soma algébrica dessas cargas será a mesma antes, durante e depois das trocas.
Condutores e isolantes
Em alguns corpos, podemos encontrar portadores de cargas elétricas com grande liberdade de movimentação. Esses corpos são denominados condutores elétricos. Nos demais, essa liberdade de movimentação praticamente não existe; esses corpos são denominados isolantes elétricos ou dielétricos. Tanto um condutor como um isolante podem ser eletrizados. É importante observar, porém que, no isolante, a carga elétrica em excesso permanece exclusivamente no local onde se deu o processo de eletrização, enquanto no condutor essa carga busca uma situação de equilíbrio, distribuindo-se em sua superfície externa.
Os metais, a grafita, os gases ionizados e as soluções eletrolíticas são exemplos de condutores elétricos. O ar, o vidro, a borracha, a porcelana, os plásticos, o algodão, a seda, a lã, as resinas, a água pura e o enxofre são exemplos de isolantes elétricos.
Os metais, a grafita, os gases ionizados e as soluções eletrolíticas são exemplos de condutores elétricos. O ar, o vidro, a borracha, a porcelana, os plásticos, o algodão, a seda, a lã, as resinas, a água pura e o enxofre são exemplos de isolantes elétricos.
Há um grupo de materiais especiais que se classificam entre os condutores e os isolantes: São chamados de semicondutores. Desses, os principais são o germânio e o silício que podem ser transformados em um excelente condutores elétricos quando se adiciona uma pequena porcentagem de átomos de outros elementos como o boro e o arsênio. As vantagens dos semicondutores é seu pequeno tamanho, o que permite a fabricação de transistores, leds e chips.
Eletrização por atrito ou triboeletrização
- dois corpos de materiais diferentes atritados entre si;
- transferência de elétrons de um corpo para o outro;
- Final da eletrização os corpos adquirem cargas elétricas de mesmo valor absoluto, porém de sinal contrário;
- Não há criação de cargas, apenas a transferência de uma para outro;
- Perde elétrons o material cujos núcleos atômicos exercem menor força sobre os elétrons periféricos.
Série triboelétrica
Eletrização por contato
- Um corpo eletrizado (positivo ou negativo) e um corpo neutro;
- Final do contato os corpos ficam com o mesmo sinal;
- QA + QB = Q'A + Q'B
Q1 + Q2
2
Contato entre um condutor eletrizado e a Terra
A carga elétrica em excesso num condutor pode ser escoada para a Terra tanto através do ar úmido, que é condutor, como pela conexão direta com o solo terrestre, realizada por algo capaz de conduzir cargas elétricas, como o corpo humano ou um fio metálico.
Quando se faz o contato entre um corpo eletrizado e o solo, tanto um como outro ficam eletrizados. Lembre que a redistribuição das cargas é proporcional às dimensões dos corpos envolvidos. Como as dimensões do corpo são desprezíveis em comparação com a dimensão da Terra, a carga elétrica que nele permanece é praticamente nula. Assim, ao ligarmos um condutor eletrizado à Terra, dizemos que ele se descarrega ou que fica eletricamente neutro.
Eletrização por Indução
- Corpo neutro e um eletrizado
- separação das cargas do corpo neutro pelo corpo eletrizado;
Pense agora no que acontece se ligarmos o induzido ao solo enquanto o indutor estiver próximo. Os elétrons livres do Induzido escoam para a Terra. Desfazendo o contato com a Terra e, em seguida, afastando o indutor, o induzido ficará eletrizado positivamente. Assim, o induzido quando ligado a um fio terra, se eletriza sempre com carga de sinal contrário à do indutor.
Outro exemplo é a eletrização por indução de dois corpos condutores que estão em contato mútuo e inicialmente neutros. Suponhamos que aproximemos da esfera A um corpo eletrizado com cargas positivas. Nessa situação, os elétrons lives tanto de A como de B serão atraídos pelo corpo eletrizado e ficarão acumulados na região A voltada para o corpo, enquanto na região aposta B haverá falta de elétrons. Eliminando o contato entre A e B e afastando o corpo eletrizado, as duas esferas ficarão eletrizadas com cargas de sinais contrários.
Eletroscópio
É um dispositivo que pode determinar se o objeto está ou não eletrizado. Os eletroscópios mais comuns são o pêndulo eletrostático e o eletroscópio de folhas ou de lâminas.
DICA: Como construir um eletroscópio.
SIMULAÇÃO JOHN TRAVOLTAGEM
EXEMPLO DE RELATÓRIO
EXEMPLO DE RELATÓRIO
INSTITUTO
FEDERAL DE EDUCAÇÃO
CIÊNCIA
E TECNOLOGIA DO RIO GRANDE DO SUL
BALANÇA
DE COULOMB
Daiane
LAGES
2018
Lei de Coulomb
1-Introdução
Charles Augustin Coulomb desenvolveu uma
teoria que chamamos hoje de Lei de Coulomb. A Lei de
Coulomb trata da força de interação entre as partículas eletrizadas,
as partículas de mesmo sinal se repelem e as de sinais opostos se atraem.
O físico Charles Coulomb utilizou para
estudar estas forças, um equipamento que ele mesmo desenvolveu. A balança de
torção. Este equipamento consiste em um mecanismo que calcula a intensidade do
torque sofrido por uma partícula que sofre repulsão.
Esta lei, formulada por Charles Augustin
Coulomb, refere-se às forças de interação (atração e repulsão) entre duas
cargas elétricas puntiformes, ou seja, com dimensão e massa desprezível.
Lembrando que, pelo princípio de atração
e repulsão, cargas com sinais opostos são atraídas e com sinais iguais são
repelidas, mas estas forças de interação têm intensidade igual, independente do
sentido para onde o vetor que as descreve aponta.
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”.
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”.
2.Objetivo
O objetivo da experiência a ser realizada
com este instrumento é a verificação da lei de Coulomb. Procuraremos
determinar o ângulo de torção conforme a distância entre as cargas.
3.Material
necessário:
Balança de Coulomb
4. PROCEDIMENTOS
4.1- - I-Calibrar a
balança.
II- Determinar a
distância que será usada entre as esferas.
III- As esferas
devem estar descarregadas para isso utiliza-se, um fio terra para
descarrega-las. Em seguida com um fio eletrizado tocamos as esferas
carregando-as eletricamente com cargas de sinal negativo, as esferas então vão
se repelir uma vez, que a carga de ambas é do mesmo sinal.
IV- Quando as
esferas se repelem, achar o ângulo de torção , o ângulo de torção do fio,
corresponde à nova posição de equilíbrio que será menor tanto quanto a
distância for aumentada.
V- Repetir o
experimento com dez distâncias diferentes, sendo necessárias três medidas, cada
experimento.
VI-Para que a
experiência seja bem sucedida, será conveniente a secagem do local, para isso utilize uma estufa que
retirará a umidade do ambiente.
VII- Fazer a média
entre os três valores encontrados.
VIII- Tabelar valores
|
θ (º)
|
d
(cm)
|
F (N)
|
Q ( C )
|
|
0
|
0
|
4,5E-06
|
0
|
|
184
|
0,03
|
0,000271
|
5,20609E-09
|
|
153
|
0,05
|
0,000226
|
7,92548E-09
|
|
110
|
0,07
|
0,000164
|
9,44465E-09
|
|
78
|
0,09
|
0,000117
|
1,02828E-08
|
|
48
|
0,11
|
7,4E-05
|
9,97629E-09
|
|
42
|
0,13
|
6,53E-05
|
1,10764E-08
|
|
30
|
0,15
|
4,8E-05
|
1,09492E-08
|
|
23
|
0,17
|
3,78E-05
|
1,10192E-08
|
|
20
|
0,19
|
3,35E-05
|
1,15863E-08
|
|
16
|
0,21
|
2,77E-05
|
1,16448E-08
|
|
10
|
0,23
|
1,9E-05
|
1,05628E-08
|
Erro
experimental:
·
Erro na determinação do ângulo;
·
Erro de cálculos e fórmulas;
Considerações finais:
Podemos tirar
algumas conclusões sobre a Lei de Coulomb observando os gráficos acima, que
relaciona o valor da força elétrica de interação entre partículas eletrizadas
com suas cargas elétricas e com a distância que as separa. A relação entre a
força e distância é uma relação inversamente proporcional, quando aumentamos a
distância entre as partículas a força elétrica diminui da mesma forma que
diminui o ângulo . Em contrapartida conforme aumenta- se a distância aumenta
também a carga, pois essas duas grandezas são diretamente proporcionais.
Bibliografia:
Young, Hugh D; Freedman, Roger A. Física I: 12ª ed. São Paulo: Addison Wesley, 2008.
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