Transcript Átomo - Prof. Hebert Monteiro

Eletricidade Básica
Prof. Hebert Monteiro
Átomo



O átomo durante muito tempo foi considerado a menor partícula
formadora dos elementos químicos, sendo assim:
Todo tipo de matéria é constituída por átomos que são
eletricamente neutros. Cada átomo tem um pequeno núcleo,
constituído por prótons e nêutrons. Os prótons tem carga elétrica
positiva e os neutros não tem carga. O número de prótons do
núcleo corresponde ao número atômico Z. Em volta do núcleo há
um número de elétrons que em condições normais é igual a Z, cada
um deles com sua carga negativa de mesmo valor que a do próton,
de modo que em condições normais a carga elétrica do átomo é
nula. A carga elétrica do próton é +e e a carga elétrica do elétron é
–e (sendo e a unidade fundamental de carga elétrica).
A carga então pode ser quantizada. Qualquer carga elétrica Q que
se observa na natureza pode ser então escrita na forma:
No S.I, a unidade de medida padrão da carga é o Coulomb [C], que
recebeu este nome em homenagem ao Físico Francês Charles
Coulomb.
Q = Carga
N = Número de Elementos
e = Carga Elementar
Q =+-N.e
-19
e = 1,6 . 10 C

Partículas elementares do átomo:
 Prótons – Carga Positiva – M = 1,673 x 10-27 Kg
 Nêutrons – Sem Carga – M = 1,673 x 10-27 Kg
 Elétrons – Carga Negativa – M = 9,109 x 10-31 Kg





Nº Prótons = Nº Elétrons
Nº Prótons > Nº Elétrons
Nº Prótons < Nº Elétrons
Átomo eletricamente Neutro
Átomo eletricamente Positivo (íon positivo)
Átomo eletricamente Negativo (íon negativo)
A quantidade de prótons existentes no núcleo do átomo determinam o
seu número atômico, chamado de Z
Os elétrons se mantém na eletrosfera do átomo pela força de atração
entre o núcleo positivo e a eletrosfera negativa.
Exercício

Pelo simples atrito de dois corpos é possível conseguir, no
laboratório, carga de 50 nC. Quantos elétrons devem ser
transferidos de um corpo para outro para se ter essa carga?
Condutores e Isolantes




Em alguns materiais encontrados na natureza, como cobre, ouro,
ferro, etc, alguns elétrons de seus átomos podem se deslocar
livremente. Esses materiais são chamados de Condutores.
Já outros materiais como madeira, plástico, vidro, etc, os elétrons
são tão fortemente ligados ao átomo que não podem se deslocar
com liberdade. São os materiais chamados de Isolantes.
A condutividade ou a propriedade isolante depende da natureza
química dos materiais, mais especificamente de seus átomos, que
possuem ou não uma grande quantidade de elétrons, podendo, ter
um ou mais elétrons livres para se deslocar pelos átomos.
O átomo do cobre, por exemplo, possui um núcleo composto por 27
prótons e cercado por 27 elétrons, cada um em uma camada
distinta da chamada eletrosfera. O átomo da ultima camada se
encontra mais fracamente ligado ao núcleo pela distância que se
encontra dele e pela força repulsiva que os elétrons das camadas
inferiores realiza, ficando assim mais facilmente proposto a se
mover de um átomo para o outro, criando a chamada corrente
elétrica.
Tipos de Eletrização

Definição: Chama-se eletrização ao fenômeno pelo qual um corpo
neutro passa a eletrizado.

Eletrização por Atrito: Ao atritar vigorosamente dois corpos, estamos
fornecendo energia e pode haver transferência de elétrons de um
para o outro. Se os corpos atritados estão isolados, ou seja, no
sofrem a influencia de quaisquer outros corpos, as cargas elétricas
cedidas por um são exatamente as adquiridas pelo outro:
Adquirem quantidades de carga elétrica iguais em modulo, mas de
sinais contrários.
Qa = - Qb




Eletrização por Contato: Considere dois corpos, A e B, sendo A
positivamente eletrizado e B um corpo neutro. Quando colocamos
estes corpos em contato, as cargas positivas do corpo A atraem as
cargas negativas de B. Os corpos, claro, devem ser condutores
para que isso aconteça. Ao separarmos os corpos, percebemos que
o corpo B perdeu elétrons, logo este ficou positivamente eletrizado.
Este processo chamado eletrização por contato.
Generalizando, podemos afirmar que, na eletrização por contato:
Os corpos ficam ou eletricamente neutros ou com cargas de mesmo
sinal;
A quantidade de carga elétrica total final é igual quantidade de
carga elétrica total inicial (principio da conservação de carga
elétrica):
Qa + Qb = Q’a + Q’b
Q’a = Q’b = (Qa + Qb)/2
Se os corpos colocados em contato são de tamanhos diferentes, a
divisão de cargas é proporcional às dimensões de cada um.



Eletrização por Indução: Nesse tipo de eletrização não há contato
entre os corpos. Vejamos como acontece.
Considere três condutores, um carregado eletricamente e ou outros
dois
neutros
e
encostados
um
no
outro.
Aproxima-se o condutor carregado dos condutores neutros. O
condutor carregado será o indutor e os condutores neutros, os
induzidos.
Durante essa aproximação, observa-se uma separação de cargas
nos condutores neutros. Como o indutor é positivo, o induzido mais
próximo do indutor ficará negativo e o induzido mais afastado ficará
positivo.
Agora com o indutor ainda próximo, separam-se os dois condutores
que estão juntos.
E por fim retira-se o indutor das proximidades dos outros dois corpos.
Teremos como resultado os dois condutores que inicialmente eram
neutros, agora carregados com cargas de sinais a opostos. Note que
em momento algum houve o contato entre o condutor carregado e os
condutores inicialmente neutros.
Bastão carregado
positivamente
Esferas eletricamente
neutras
+
++
-- +
++
++
0Q
---
0Q
++
++
- - -1Q
1Q
0Q
0Q
Esferas separadas
e carregadas
por indução
++
++
- - -
1Q
-1Q
Exercícios

Duas esferas condutoras idênticas, uma com a carga inicial Q e a
outra descarregada, são postas em contato. a) Qual a carga de
cada esfera? b) Com as esferas em contato, um bastão
negativamente carregado é aproximado de uma delas, que fica
então com a carga 2Q. Qual é a carga na outra esfera?

Duas esferas idênticas são carregadas por indução e depois
separadas. A esfera 1 tem a carga Q e a 2 a carga –Q. Uma
terceira esfera, idêntica as duas primeiras, está inicialmente
descarregada. Se a esfera 3 encostar na esfera 1 e depois for
separada e encostar a esfera 2 e for separada, qual a carga
residual em cada esfera?
Forças Elétricas sobre objetos descarregados

Notamos que um corpo eletricamente carregado pode exercer força
até mesmo sobre objetos descarregados.

O pente de plástico, carregado negativamente, produz um ligeiro
deslocamento das cargas das moléculas no interior do isolante
neutro, um efeito chamado polarização. Quem estudou
primeiramente a força entre as partículas carregadas foi Charles
Coulomb.
Lei de Coulomb

O módulo da força elétrica entre duas cargas puntiformes é
diretamente proporcional ao produto das cargas e inversamente
proporcional ao quadrado da distância entre elas.
A força está direcionada sobre a reta que passa pelas duas
cargas.
Em termos matemáticos, dizemos que, quando duas cargas q1 e
q2 estão separadas por uma distância r, o módulo F da força que
qualquer uma das cargas exerce sobre a outra pode ser expresso
pela relação:
F = K.|q1.q2|
r2
K = 8,99 x 109 N.m2/C2
K é uma constante de
proporcionalidade
chamada de Constante
de Coulomb

Interações entre cargas puntiformes
Exercícios
1)
Num átomo de hidrogênio, a separação média entre o elétron e o
próton é cerca de 5,3 . 10-11m. Calcular o módulo da força
eletrostática de atração do próton sobre o elétron.
2) Três cargas puntiformes estão sobre o eixo dos “x”. A carga q1 =
25nC está na origem, q2 = -10nC está em
x = 2m e q0 = 20nC
está em x = 3,5m. Calcular a força resultante em q0, provocada por
q 1 e q 2.
y,m
+
-
+
q1
q2
qo
x,m