Modelo Planetário Proposto por Ernest Rutherford(1871-1937)

  Átomo eletricamente neutro possui igual número de prótons e elétrons

 Elétrons podem movimentar-se

Corpo carregado positivamente (eletrizado)- falta de elétrons.

Corpo carregado (eletrizado)-negativamente- excesso elétrons.

CARGA ELÉTRICA

         Para se estudar quantitativamente as forças elétricas (forças de atração e repulsão entre elétrons, prótons, mésons, antiprótons, pósitrons, etc) associou-se a cada elétron e a cada próton uma grandeza denominada carga elétrica. A fim de distinguir a grandeza (carga elétrica) assim associada ao elétron, da grandeza (carga elétrica) do mesmo modo associado ao próton, convencionou-se chamar negativa a carga elétrica do elétron e positiva a carga elétrica do próton. A carga elétrica de um elétron tem mesmo valor absoluto que a de um próton. A carga elétrica associada a um elétron (próton, ....) é chamada carga elétrica elementar e a carga elétrica de um corpo sempre será um múltiplo inteiro da carga elétrica elementar. Por essa razão diz-se que a carga elétrica é quantizada.   Q = n.e

         Normalmente os corpos se apresentam na Natureza eletricamente neutros, isto é, não apresentam efeitos elétricos externos tais como atrações e repulsões. No entanto tais corpos são constituídos por um número fabuloso de elétrons e prótons. O que acontece é que, normalmente, o número de elétrons é igual ao de prótons, em cada átomo, de forma que é nula a soma algébrica das cargas elétricas de cada um de tais corpos; consequentemente é nulo o efeito elétrico externo dessas cargas.     

         Diz-se que um corpo onde o número de elétrons é igual ao de prótons está eletricamente descarregado ou neutro. Se, por um processo qualquer, faz-se com que o número de elétrons de um corpo seja diferente do de prótons, o corpo passa a apresentar efeitos elétricos externos, e então se diz que ele está eletricamente carregado. Se o número de elétrons supera o de prótons, diz-se que o corpo está negativamente carregado; no caso contrário diz-se que está positivamente carregado.

         A carga elétrica de um corpo poderia ser descrita dizendo-se quantos elétrons ele contém a mais do que prótons (se o corpo estiver negativamente carregado), ou a menos do que prótons (se estiver carregado positivamente). Este seria o modo natural de se medir a carga elétrica de que é portador um certo corpo. Mas como, em geral, tais números são muitos grandes, o elétron ou o próton não são unidades convenientes para se medir cargas elétricas. A mais usada dessas unidades, é o Coulomb ( em homenagem a C.A. Coulomb, físico francês do século 18) pertence ao sistema internacional e o seu símbolo é C

Quantidade de carga elétrica(carga elétrica)é simbolizada por (Q) a unidade de carga elétrica no S.I Coulomb (C).

 unidade Coulomb (C) submúltiplos da unidade de carga

1 mili Coulomb (1mc ) 10^-3C

1 micro Coulomb ( 1uC) 10^-6C

1 nano Coulomb ( 1nC) 10^-9C

1 pico Coulomb ( 1pC) 10^-12 C

massa do próton = massa do nêutron = ~ 1,67. 10^-27 kg

massa do elétron =~9,1 .10 ^-31kg

q_{p =}-q_e (e)  carga elementar  1,6.10^-19 C

diâmetro do núcleo atômico =~10^-12 cm;

diâmetro da eletrosfera =~10^-8cm .

Eletrização por Atrito:

 Quando duas substâncias diferente sob atritos ocorre uma migração de elétrons de uma para outra.A que recebe elétrons adquire carga elétrica negativa, a que pede elétrons fica carregada positivamente.

* Características: as substâncias ficam carregadas com carga de final ou tipo contrario mas de mesmo valor.

Aplicações Tecnológicas da eletrização por atrito.- Fotocópia, Pintura Eletrostática

Principio da conservação das cargas elétricas

 Num sistema eletricamente isolado a soma algébrica das cargas elétricas positivas e das cargas elétricas negativas permanece constante

Q _A + Q_B = Q'_A + Q'_B

A carga elétrica elementar (e)

e = 1,6,10^-19C

Característica Quantizada  Q = n e

A eletrização de um condutor neutro pode ocorrer por simples aproximação de um outro corpo eletrizado, sem que haja o contato entre eles. Seja um condutor inicialmente neutro e um bastão eletrizado negativamente. Quando aproximamos o bastão eletrizado do corpo neutro, as suas cargas negativas repelem os elétrons livres do corpo neutro para posições mais distantes possíveis. Desta forma, o corpo fica com falta de elétrons numa extremidade e com excesso de elétrons na outra.

         O fenômeno da separação das cargas num condutor, provocado pela aproximação de um corpo eletrizado, é denominado indução eletrostática.

         Na indução eletrostática ocorre apenas a separação entre algumas cargas positivas e negativas do corpo.

         O corpo eletrizado que provocou a indução é chamado indutor e o que sofreu a indução é chamado de induzido.

         Se quisermos obter no induzido uma eletrização com cargas de um só sinal, basta liga-lo a terra, na presença do indutor. Nesta situação, os elétrons livres do induzido, que estão sendo repelidos pela presença do indutor, escoam para a terra. Desfazendo-se esse contato e, logo após, afastando-se o bastão, o induzido ficará carregado com cargas positivas.

         No processo da indução eletrostática, o corpo induzido se eletrizará sempre com cargas de sinal contrário às do indutor.

   O fenômeno da indução explica a atração exercida por um corpo eletrizado sobre corpos metálicos neutros. Quando por exemplo, uma barra de vidro atritado em lã atrai pequenos pedaços de papel-alumínio, ela produz indução no papeizinhos e os atrai porque as cargas da parte próxima delas são de sinal contrario da carga elétrica desenvolvida na barra.

  Ao aproximarmos um corpo eletrizado de um corpo isolante neutro, o corre também a separação de cargas elétricas. O isolante não possui elétrons livres, entretanto cada átomo do isolante tem-se um excesso de cargas elétricas negativas e na outra face, excesso de cargas elétricas positivas. No interior do isolante a carga elétrica positiva de um dipolo neutraliza a carga elétrica negativa da outra. Dizemos que o isolante está polarizado. A barra de vidro atrai pequenos pedaços de papel.

Eletroscópios - Dispositivo utilizado para verificar o estado de eletrização de corpo.

Condutores e Isolantes:

   Determinadas materiais como metais, corpo humano, água "não pura" são consideradas condutores, por possuírem elétrons livres (elétrons de condução). São elétrons das camadas mais externa do átomo, mas raramente ligados ao núcleo dos mesmos. Em materiais com borracha, vidro, plástico, madeira seca esses elétrons de condução são raros (quando existem) pois esses elétrons são ligados ao núcleo de seus átomos sendo assim essas matérias são classificadas como isolantes (não condutores).

   Observe que apenas elétrons de condução, com suas cargas negativas podem se mover, os íons positivos permanecem fixos assim um objeto se torna positivamente carregado apenas pela remoção de cargas negativas.

  Possuem menor número de elétrons livres do que os condutores e apenas um único sentido de movimentação.

Exercícios:

1- Qual a intensidade da força eletrostática entre um íon de sódio monovalente (Na⁺ , com carga +e) e um íon de cloro monovalente (Cl^-, com carga -e) adjacente, em um cristal de sal se a separação entre eles é de 2,82 x 10^-10 m?                                R: 2,88 x 10^-9 N

2- Qual é a carga total de 75,0 kg de elétrons?   R: 1,31 x 10^-49 C

3- Quantos megacoulombs de carga positiva (ou negativa) existem em um mol do gás neutro Hidrogênio molecular (H₂)? R: 0,96

4- A intensidade de força eletrostática entre dois íons idênticos que estão separados por uma distância 5 x 10 ^-10 m é de 3,7 x 10 ^-9N. a) Qual carga de cada íon? b) quantos elétrons estão faltando em cada íon?             R: Q= 3,21 x 10^-19 C         n = 2

5- Duas gotas d'água esféricas minúsculas, com cargas idênticas de - 1,0 x10 ^-16C, possuem uma separação de 1,0 cm de centro a centro.a) Qual a intensidade da força eletrostática que atua entre elas?Quantos elétrons em excesso existem sobre cada gota, dando a ela esse desequilíbrio de carga?                R: F = 9 x 10 ^-19 N  n = 2

6- Quantos elétrons teriam de ser tirados de uma moeda para deixa - lá com um carga de  + 1,0 x 10 ^-7C?     n = 6,25 x 10¹¹ elétrons.

7- Um elétron está no vácuo próximo a superfície da Terra. Onde deveria ser colocado um segundo elétron para que a força eletrostática que ele exerce sobre o primeiro elétron equilibre a força gravitacional sobre o primeiro elétron devido à Terra?

TESTE

1. São dadas três esferas A, B e C, condutoras, iguais e isoladas. Duas delas, B e C, são neutras, enquanto a esfera A possui carga Q. Inicialmente, coloca-se em contato A com B e a seguir A com C.  Determine as cargas finais de cada esfera. R = (Q_A = Q/4; Q_B = Q/2 e Q_C = Q/4)

2.     Um corpo está carregado negativamente com uma carga de 10 C. Quantos elétrons em excesso têm esse corpo?   ( 6,25 x 10¹⁹ elétrons)

3. Considere duas esferas, A e B, idênticas e isoladas eletricamente. As esferas A e B possuem cargas respectivamente iguais a  +3 mC e +1 mC. Colocam-se as duas esferas em contato. (a) Qual a carga final de cada esfera? R = ( 2mC cada uma)

(b) Qual o número de elétrons transferidos de uma esfera para outra?  R =  (6,25 x10¹²)

(c) Qual esfera perdeu elétrons?  R: B

4. Retira-se de uma esfera condutora 5.10⁵ elétrons. Qual a carga adquirida pela esfera? Dado: e^- = 1,6 x 10^-19 C    R: 8,0 10 ^-14 C

5. Se um corpo está carregado com carga Q = +48 μC, quantos elétrons foram retirados ou adicionados ao corpo?   R: 3,0 10 ¹⁴ elétrons.

6. Uma bola carregada positivamente é trazida para perto de um con­dutor isolado neutro. O condutor é então aterrado enquanto a bola é mantida próxima a ele. O condutor está carregado positivamente,nega­tivamente ou está neutro se (a) a bola é primeiramente afastada e de­pois a conexão de aterramento é removida e (b) a conexão de aterra­mento é primeiramente removida e depois a bola é afastada?

7. (a) Um bastão de vidro carregado positivamente atrai um objeto suspenso por um fio não-condutor. O objeto está com certeza absoluta carregado negativamente, ou estar negativamente carregado é apenas uma possibilidade? (b) Um bastão de vidro carregado positivamente repele um objeto suspenso de forma semelhante. O objeto está com certeza absoluta carregado positivamente, ou ele estar positivamente carrega­do é apenas uma possibilidade?

8. Uma pessoa em pé sobre uma plataforma isolada eletricamente toca em um condutor carregado e eletricamente isolado. Isto descarrega o condutor completamente

Assinale com V as afirmações verdadeiras e com F as afirmações falsas:

(   )1. Um corpo eletricamente neutro é desprovido de carga elétrica.

(   )2. Ionização é o processo pelo qual um átomo ganha ou perde elétrons.

(   )3. A carga elétrica é quantizada.

(   )4. Um corpo está eletrizado quando ocorre deslocamento de duas moléculas.

(   )5. A carga elétrica de um elétron é em modulo menor que a do próton.

(   )6. Se atritarmos corpos constituídos materiais diferentes, eles adquirem cargas elétricas de sinais opostos.

(   )7. Se atritarmos corpos feitos do mesmo material, eles adquirem cargas elétricas de mesmo sinal.

(   )8. A carga elétrica é um elétron é atualmente admitida como sendo a menor carga elétrica possível.

(   )9. Um corpo eletricamente isolado não troca cargas elétricas como o exterior.

(   )10. Todos condutor sólidos apresenta elétrons livres.

(  )11. Nos isolantes os elétrons se deslocam livremente ao longo do material que os constituem.

(   )12. Sempre que um condutor for eletrizado por indução, sua carga será de sinal oposto ao da carga do corpo indutor.

(   )13. Não é possível eletrizar um isolante.

(   )14 . Se atritarmos corpos feitos de mesmo material, eles adquirem cargas elétricas de mesmo sinal

(   )15. Nos isolantes os elétrons se deslocam livremente ao longo do material que os constituem.

(   ) 16. Um corpo carregado negativamente não poderá atrair um corpo neutro.

(   )17. As forças de interação entre cargas elétricas são necessariamente atrativas

(  )18. A força eletrostática entre dois elétrons é menos intensa que a força eletrostática entre dois prótons, ambos distantes igualmente entre si.

Assinale com X a alternativa correta

1      As esferas na figura anexa estão suspensas por barbantes. A carga elétrica da esfera A é negativa. As cargas elétricas do bastão isolante B e da esfera C são, respectivamente:

(   )a) positiva e negativa

(   )b) negativa e positiva

(   )c) positiva e neutra

(   )d) negativa e negativa

(   )e) positiva e positiva

2      Duas esferas metálicas, neutras, muito leves, estão penduradas por fios perfeitamente isolantes, em um ambiente seco, conforme se mostra na figura anexa. Uma barra metálica, positivamente carregada, é encostada em uma das esferas e depois afastada. Após o afastamento da barra, qual deve ser a posição das esferas?

3      A matéria em seu estado normal não manifesta propriedades elétricas.

Isto significa que:

(   )a) ela é constituída somente de nêutrons

(   )b) ela possui mais nêutrons do que prótons

(   )c) ela possui mais elétrons do que prótons

(   )d) ela possui mais prótons do que elétrons

(   ) e) ela possui quantidades iguais de prótons e elétrons

4      Uma pequena esfera isolada esta carregada eletricamente; uma segunda esfera, carregada e suspensa por meio de um fio de seda, é aproximada da primeira e por ela atraída. Isto acontece porque:

(   )a) a carga da segunda é positiva

(   )b) a carga da primeira é negativa

(   )c) a carga da segunda é igual a da primeira

(   )d) a carga da segunda é diferente daquela da primeira

5. Atrita-se um bastão de vidro com um pano de lã, ambos inicialmente neutros.

Pode-se afirmar:

(   )a) só a lã fica eletrizada

(   )b) só o bastão fica eletrizado

(   )c) o bastão e lã se eletrizam com carga do mesmo sinal

(   )d) o bastão e a lã se eletrizam com cargas de mesmo valor absoluto e sinais  opostos

(   )e) nenhuma das anteriores

6. Você dispõe de duas esferas metálicas, iguais e inicialmente descarregadas, montadas sobre pés isolantes e de um bastão de ebonite carregado negativamente. As opções de l a lV, dadas a seguir, podem ser colocadas numa ordem que descreve uma experiência em que as esferas sejam carregadas por indução.

(   )l. Aproximar o bastão de uma das esferas

(   )ll. Colocas as esferas em contato

(   )lll. Separar as esferas

(   )lV. Afastar o bastão

Qual é a opção que melhor ordena as operações?

(   )a) l , ll , lV , lll

(   )b)ll , l , lV , lll

(   )c) lll , l , lV , ll

(   )d) ll , l , lll , lV

(   )e) lV , ll , lll , l

7. Joana penteia seu cabelo. Logo depois, verifica que o pente utilizado atrai pedaços de papel. A explicação mais plausível deste fato é que:

(   )a) o papel já estava eletrizado

(   )b) a atração gravitacional age entre todos os corpos

(   )c) o pente se eletrizou

(   )d) o pente é bom condutor elétrico

(   )e) nenhuma das anteriores.

8. Três esferas de isopor, M , N e P, estão suspensas por fios isolantes. Quando se aproxima N de P, nota-se uma repulsão entre as esferas; quando se aproxima N de M , nota-se uma atração. Das possibilidades apontadas na tabela abaixo quais são as compatíveis com as observações?

(   )a) A 1^a  e a 3^a

(   )b) A 2^a  e a 4^a

(   )C) A 3^a  e a 5^a

(   )d) A 4^a e a  5^a

(   )e) A 1^a e a  2^a

9. Dispõe-se de três esferas metálicas iguais e isoladas uma da outra. Duas delas A e B, estão eletricamente neutras e a terceira C, possui carga elétrica Q. Coloca-se C em contato sucessivamente com A e B carga final de C é:

(   )a)  Q

(   )b) Q/2

(   )C) Q/3

(   )d) Q/4

(   )e) nenhuma das anteriores

10. Duas esferas condutoras idênticas 1 e 2 tem, cada uma delas, uma carga Q. Uma terceira esfera idêntica, com um cabo isolante e inicialmente descarregada, é tocada primeiro na esfera 1 e em seguida na esfera 2 e, então, removida. As novas cargas nas esferas 1 e 2 são respectivamente:

(   )a) Q/2 e Q/2

(   )b) 2Q/3 e 2Q/3

(   )c) Q/2 e 3Q/4

(   )d) 3Q/4 e Q/2

11. Dispõe-se de três esferas metálicas idênticas e isoladas uma da outra. Duas dela A e B estão descarregada, enquanto a esfera C contém uma carga elétrica Q. Faz-se a esfera C tocar primeira  a esfera A e depois a esfera B. No final deste procedimento, qual a carga elétrica das esfera A, B e C respectivamente?

(   )a) Q/2, Q/2 e nula

(   )b) Q/4, Q/4 e Q/2

(   )c) Q, nula e nula

(   )d) Q/2, Q/4 e Q/4

(   )e) Q/3, Q/3 e Q/3

12. Dispõe-se de quatro esferas metálica: P, Q, R e S. Sabe-se que P repele Q, que P atrai R, que R repele S e que S esta carregada positivamente.

Pode-se dizer:

(   )a) P esta carregada positivamente

(   )b) P e R tem cargas de mesmo sinal

(   )c) P e Q estão carregada positivamente

(   )d) Q tem carga negativa

(   )e) P repele S

13   São dadas três esferas condutoras A, B e C, de mesmo raio. Inicialmente, a esfera A  possui carga 4q; a esfera B, carga 3q; a esfera C carga 2q. Pondo as três em contato e depois separando-as, teremos as três com cargas iguais a:

    (   )a) 2q/3

    (   )b) 4q/3

    (   )c) 2q

    (   )d) 3q

    (   )e) 4q

14. Na figura estão representados dois condutores metálicos, descarregados, em contato entre si, suportados por barras isolantes. Aproxima-se deles o bastão isolante carregado positivamente. Com o bastão ainda próximo dos condutores afasta-se um do outro.

    A representação correta das cargas presentes, agora, em cada condutor, bastante afastados entre si e do bastão é

15. A figura 1 representa duas esferas metálicas descarregadas X e Y, apoiadas em suportes feitos de isolantes elétricos.

Na figura 2, um bastão carregado negativamente é aproximado e mantido a direita. As esferas contato.

Considere a seguinte convenção:

+ cargas positivas;

- cargas negativas;

N carga neutra ( igual numero de cargas positivas e negativas)

Qual o sinal ( + , - , N ) das cargas elétricas resultantes nas esferas X e Y, respectivamente nas figuras 2, 3 e 4?

           Figura 2    figura 3   figura4

(   )a)     -+              -+              -+

(   )b)     -|-            -+               -+

(   )c)     NN           -+               -+

(   )d)     NN          -+               NN

(   ) e)    -+             -N             -+

16. Eletriza-se um corpo positivamente, por atrito:

(a)   removendo-se prótons

(b)   adicionando-se prótons

(c)   removendo-se elétrons

(d)   adicionando-se elétrons

17. Dispõe-se de quatro esferas metálicas: P, Q, R e S. Sabe-se que P repele Q, que P atrai R, que R repele S e que S está carregada positivamente. Pode-se dizer que:

(a)   P está carregada positivamente.

(b)   P e R têm cargas de mesmo sinal.

(c)   P e Q estão carregadas positivamente.

(d)   Q tem carga negativa.

(e)   P repele S.

18.  Se aproximarmos um condutor carregado eletricamente com cargas negativas de um condutor neutro, sem que haja contato, então:

(a)   o condutor neutro fica com carga total negativa e é repelido pelo condutor carregado.

(b)   o condutor neutro continua com carga total nula mas não é atraído nem repelido pelo condutor carregado.

(c)   o condutor neutro continua com carga total nula mas é atraído pelo condutor carregado.

(d)   o condutor neutro fica com carga total positiva e é atraído pelo condutor carregado.

(e)   nenhuma das afirmativas acima.

19. Atrita-se um bastão de vidro com um pano de lã, ambos inicialmente neutros. Pode-se afirmar:

(a) só a lã fica eletrizada

(b) só o bastão fica eletrizado

(c) o bastão e a lã se eletrizam com cargas de mesmo sinal

(d) o bastão e a lã se eletrizam com cargas de mesmo valor absoluto e de sinais contrários

(e) nenhuma das respostas anteriores

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