Notas de Aula 01 - .constante G da Lei de Gravitação de Newton. A tabela abaixo revela, com alguns

download Notas de Aula 01 - .constante G da Lei de Gravitação de Newton. A tabela abaixo revela, com alguns

of 28

  • date post

    20-Nov-2018
  • Category

    Documents

  • view

    215
  • download

    0

Embed Size (px)

Transcript of Notas de Aula 01 - .constante G da Lei de Gravitação de Newton. A tabela abaixo revela, com alguns

  • PRIMEIRO TRIMESTRE

    NOTAS DE AULAS LUCAS XAVIER www.wikifisica.com (FILOMENA E CORONEL)

    FSICA

    Cincia que investiga as leis do Universo no que diz respeito matria e energia, que so seus constituintes, e suas interaes. Ou seja, investigam as propriedades dos campos, a interao entre campos de fora e meios materiais, as propriedades e a estruturas dos sistemas materiais sujeitos ou no ao de campos de foras, e que procura exprimir, mediante teorias gerais, as leis fundamentais do comportamento dos campos e dos sistemas materiais. Num sentido mais amplo, pode ser definida como a cincia da natureza. constitudo por um conjunto de teorias, leis (chamadas de leis fsicas) e princpios que conduzem em geral a relaes quantitativas sendo estas expressas por equaes matemticas.

    Eletrosttica

    Parte do eletromagnetismo dedicada aos fenmenos eltricos estacionrios, em que as cargas eltricas no se movem.

    Introduo

    H dois sculos a humanidade passou a utilizar as mquinas trmicas e hoje, simultaneamente, convive com a Era da Eletricidade.

    No sculo XVIII, a eletricidade desenvolveu-se muito rpido e considera-se o sculo XIX como a consolidao de energia eltrica.

    No sculo XX, a associao entre a eletricidade e o magnetismo propiciou a construo das mquinas e dos motores que revolucionaram o nosso modo de vida.

    Ser fundamental o entendimento do conceito de carga eltrica, que um conceito primitivo tal como o tempo, isto no se pode defini-la. Vamos caracteriz-la por seu efeito: algo que permite ao corpo atritado manifestar a propriedade de atrair outros corpos.

    Modelo atmico atual

    Com o modelo atmico que hoje conhecemos possvel entendermos a origem de toda eletricidade. Segundo o modelo, o tomo formado por trs tipos de partculas: prtons, eltrons e nutrons. Os prtons e os nutrons formam um arranjo compacto chamado ncleo e os eltrons movem-se em torno desse ncleo.

    tomo (100%) ncleo (97%) e eletrosfera (3%).

  • O nutron eletricamente neutro (razo de seu nome), enquanto os prtons e os eltrons possuem em mdulo, a menor quantidade de carga eltrica, no-nula, possvel fisicamente, chamada de carga elementar (e). Cujo valor :

    A quantidade de carga eltrica total (Q)

    A carga eltrica uma grandeza quantizada, ou seja, ela s pode assumir valores inteiros da carga eltrica elementar, ento: Q = e, Q = 2.e, Q = 3.e, ..., Q = n.e, onde n inteiro (positivo, negativo ou nulo).

    A unidade de carga eltrica no Sistema Internacional (SI) o Coulomb (C).

    Prefixos utilizados

    1 mC = 10-3 C (1 milicoulomb);

    1 C = 10-6 C (1 microcoulomb);

    1 nC = 10-9 C (1 nanocoulomb);

    1 pC = 10-12 C (1 picocoulomb).

    Corpo carregado

    Positivamente: Apresenta falta de eltrons. Negativamente: Apresenta excesso de eltron Eletricamente neutro: No apresenta falta ou excesso de eltrons.

    Princpios fundamentais da eletrosttica

    Princpio da atrao e repulso eltrica: experimentalmente observa-se que corpos eletrizados com cargas de mesmo sinal repelem-se e que corpos eletrizados com cargas de sinais contrrios atraem-se.

  • Princpio da conservao da carga eltrica A partir de um sistema eletricamente isolado (significa que nenhuma carga entra ou sai do sistema), o somatrio algbrico de cargas positivas e cargas negativas deve permanecer constante.

    Qantes = Qdepois

    Logo, no se pode criar nem destruir cargas eltricas (pelo menos, na fsica clssica).

    Apenas transferi-las atravs de algum processo de eletrizao.

    Exemplos:

    238U92 4He2 + 234Th90

    92e 2e + 90e (nota-se ento que, tanto antes como depois do processo, a carga eltrica do sistema 92e. Portanto houve conservao da carga).

    Condutores e Isolantes (dieltricos)

    Para que um material seja condutor de eletricidade necessrio que ele possua portadores de carga eltrica livres.

    Condutores lquidos: Em solues eletrolticas, h movimentos de portadores de carga eltrica (ons: ctions e nions) em ambos os sentidos. Em condutores gasosos: Nos gases nobres e misturas o movimento de portadores de carga eltrica feito por eltrons e ons (ctions e nions). Condutores slidos: Nos metais o movimento de portadores de carga eltrica feito por eltrons. Por outro lado, os materiais que possuem portadores de carga eltrica livres em pequena quantidade em relao ao total de partculas so chamados de isolantes (borracha, porcelana madeira seca, plstico verniz vidro, etc.).

    Na prtica, no existem isolantes (dieltricos) perfeitos, mas sim maus condutores.

    Processos de eletrizao

    Eletrizar um corpo neutro consiste, basicamente, em acrescentar-lhe ou retirar-lhe alguns eltrons. Existem trs modos elementares para eletrizar um corpo neutro (atrito, contato, induo).

    a) Por atrito:

    Os corpos adquirem, no final do processo: cargas com sinais opostos e com mesmo mdulo. A princpio, no sabemos quem cede ou quem recebe eltrons. A tabela a seguir, elaborada experimentalmente, nos mostra alguns materiais e suas tendncias a ceder ou receber eltrons. a srie triboeltrica.

  • Repare que a carga adquirida vai depender dos materiais envolvidos, de acordo com a srie triboeltrica (Qvidro = Qseda).

    Exemplo: Quando atritamos dois corpos de materiais diferentes, observamos que eles se eletrizam. Por qu?

    Resposta: Quando atritamos dois corpos, eles se aquecem. H absoro dessa energia trmica pelos tomos dos corpos. Os eltrons, tendo absorvido energia, tendem a aumentar o seu nvel energtico, e o fazem aumentando sua distncia em relao ao ncleo. Com isso, sua ligao ao ncleo enfraquece, possibilitando, assim, sua retirada do tomo. Como os corpos so de materiais diferentes, um ter maior tendncia a perder eltrons.

    Obs.: fazer experincia do canudinho.

    Nota:

    Gerador Eletrosttico de Van de Graaff usado em laboratrio para criar eletricidade esttica. O aluno deve est isolado do cho e a esfera descarregada, ento com a mo na esfera, o sistema comea a carregar (eletrizar). No aluno, o excesso de cargas eltricas se escoa por seus cabelos, que se arrepia como se fossem as linhas de fora de um campo eltrico. A energia eltrica armazenada pequena (a voltagem pode chegar a 100.000 vots).

  • Na eletrizao por atrito, pelo menos um dos corpos deve ser isolante. Se atritarmos dois condutores, eles no vo manter a eletrizao (os eltrons retornam ao corpo original antes que se desfaa a interao).

    b) Por contato: A eficincia nessa forma de eletrizao vai depender de os corpos serem condutores ou isolantes. Se um deles for isolante, a eletrizao ser local, isto , vai restringir-se aos pontos de contato.

    Se os dois corpos forrem condutores, durante o contato, que pode durar uma frao de segundo, os eltrons distribuir-se-o pelos dois corpos, de acordo com a capacidade que cada um tem de armazenar cargas eltricas.

    Os corpos adquirem, no final do processo, cargas de mesmo sinal. O mdulo das cargas adquiridas vai depender das dimenses dos corpos carregados. Se os corpos forem idnticos, as cargas se distribuem igualmente entre os mesmos.

  • c) Por induo: Os corpos so aproximados sem tocar um no outro. A eletrizao efetivada aps, por exemplo, o aterramento (ligao Terra):

    Afasta-se o indutor e desfaz-se a ligao Terra:

    Afasta-se o indutor e desfaz-se a ligao Terra:

    Obs: Ligao a Terra: significa corpos de grandes dimenses que podem funcionar como doadores ou receptores de eltrons, quando conectados a um condutor carregado eletricamente.

  • Nota:

    As cargas negativas de B so atradas pelo corpo A ( fora F1) enquanto as cargas positivas de B so repelidas por A (fora F2). Porm, a distncia entre o corpo A e as cargas negativas de B menor do que a distncia entre o corpo A e as cargas positivas de B. assim, pela Lei de Coulomb, F1>F2o que faz com que a fora resultante (Fr) seja de atrao.

    De modo geral, durante a induo, sempre haver atrao entre o corpo eletrizado (indutor) e o corpo neutro (induzido).

    Choque eltrico do automvel: Ao se movimentarem, os automveis se eletrizam por atrito com o ar. Isso mais notado em climas secos. muito comum um passageiro levar um choque quando um nibus (por exemplo) acaba de chegar ao ponto: basta ele encostar-se a qualquer uma das partes metlicas do veculo. Nesse caso, o passageiro faz o papel de fio-terra (corpo de grandes dimenses: Terra, uma estrutura metlica).

    Polarizao de um isolante (dieltrico)

    A polarizao um fenmeno caracterstico de substncias isolantes, uma vez que, no possuindo eltrons livres, apenas orienta suas molculas.

  • ELETROSCPIOS

    So dispositivos que nos permitem verificar se um corpo est eletrizado.

    a) PNDULO ELTRICO:

    Neste experimento, verificamos que:

    Atrao: sinais opostos ou, pelo menos, um CARREGADO e outro NEUTRO.

    Repulso: sinais iguais.

    b) ELETROSCPIO DE FOLHAS constitudo, basicamente, de duas lminas metlicas ligadas por uma haste condutora a uma esfera metlica. Aproximando um corpo eletrizado positiva ou negativamente da esfera, ocorre a induo eletrosttica resultando no afastamento das lminas.

  • FORA ELTRICA

    LEI DE COULOMB:

    A Lei de Coulomb incorporada estrutura da Fsica Quntica, descreve corretamente as foras que ligam os tomos e as molculas entre si para formar os slidos e os lquidos (e todas as estruturas vivas).

    A intensidade da fora de atrao ou de repulso entre duas cargas eltricas diretamente proporcional ao produto dos valores absolutos das cargas e inversamente proporcionais ao quadrado da distncia que as separa.

    Nota: Daniel Bernoulli (1760) sugeriu esta expresso, mas foi Coulomb (1785) que fez a verificao experimental, utilizando uma balana de toro, que foi adaptada por Cavendish para deter