Eletrização

Trabalho de reposição (1º bimestre)

1-   Duas folhas de um mesmo tipo de papel são atritadas entre si. Elas ficarão eletrizadas? E se atritarmos duas barras feitas de um mesmo tipo de plástico? Explique.

2-  Sabe-se que o corpo humano é capaz de conduzir cargas elétricas. Explique, então, por que uma pessoa, segurando uma barra metálica em suas mãos, não consegue eletrizá-la por atrito.

3-     Um ônibus, em movimento, adquire carga elétrica em virtude do atrito com o ar.

a)      Se o clima estiver seco, o ônibus permanecerá eletrizado? Explique.

b)      Ao segurar neste ônibus para subir nele, uma pessoa tomará um choque. Por quê?

c)      Este fato não é comum em nosso clima. Por quê?

4-    Para evitar a formação de centelhas elétricas, os caminhões transportadores de gasolina costumam andar com uma corrente metálica arrastando-se pelo chão. Explique.

5-    Nas indústrias de tecido e papel, estes materiais estão em constante atrito com as peças das máquinas destas indústrias. Para evitar incêndios, o ar ambiente é constantemente umedecido. Qual a razão deste procedimento?

Deus seja louvado!

FORÇA ELETROSTÁTICA OU FORÇA ELÉTRICA

           É a força de atração ou repulsão, de natureza elétrica, que surge entre duas cargas puntiformes, isto é, entre as cargas de dois corpos eletrizados que possuem dimensões desprezíveis quando colocados na presença um do outro.

                               

                                                                

Cargas negativas se repelem ←О -        - О→

Cargas positivas se repelem ←О +      + О→

Cargas de sinais contrários se atraem + О→     ←О -

Força de atração e repulsão atuando entre cargas elétricas

Lei de Coulomb

      Essa lei foi estabelecida pelo físico francês Charles Augustin Coulomb, através de experiências realizadas com a sua balança de torção.  Tais experiências permitiram que Coulomb verificasse experimentalmente que:

•            "A intensidade da força elétrica de interação entre duas cargas é diretamente proporcional ao produto dos módulos das cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância que as separa".

         A equação matemática que nos mostra tal lei e, por isso, nos permite realizar o cálculo da intensidade da força elétrica entre dois corpos eletrizados é:

F = k . |q1| . |q2|            d²

Onde:

• F = Força eletrostática ou força elétrica.
• k ou k₀ = Constante eletrostática.
• q1 e q2 ou Q1 e Q2 = Cargas elétricas.
• d = Distância.

         As unidades de medidas, no SI, envolvidas no cálculo da força elétrica estão representadas na tabela abaixo:

Cargas Q1 e Q2	Distância d	Força F	Constante eletrostática k
C	m	N	N.m²/C²

• Para as cargas a unidade é o Coulomb (C).
• Para a distância a unidade é o metro (m).
• Para a força a unidade é o Newton (N).
• Para a constante eletrostática a unidade é o Newton vezes metro ao quadrado por Coulomb ao quadrado (N.m²/C²).

      Temos ainda que conhecer os submúltiplos do Coulomb, desta forma, será possível converter os valores das cargas que estejam expressas nesses submúltiplos para o valor correspondente em Coulomb.

Submúltiplos	Símbolo	Valor
milicoulomb	mC	10 -3 C
microcoulomb	µC	10 -6 C
nanocoulomb	nC	10 -9 C
picocoulomb	pC	10 -12 C

       Já a constante eletrostática varia de acordo com o meio, como pode ser observado na tabela abaixo:

Material	Constante elétrica K (a 20ºC) em N.m²/C²
Vácuo	Kvácuo = 9 . 109
Ar	Kvácuo / 1,0006 = 8,995 . 109
Borracha	Kvácuo / 3 = 3 . 109
Enxofre	Kvácuo / 4 = 2,25 . 109
Quartzo	Kvácuo / 5 = 1,8 . 109
Vidro	Kvácuo / 6 = 1,5 . 109
Mármore	Kvácuo / 8 = 1,125 . 109
Etanol	Kvácuo / 25 = 0,36 . 109
Metanol	Kvácuo / 34 = 0,265 . 109
Glicerina	Kvácuo / 50 = 0,18 . 109
Água	Kvácuo / 81 = 0,11 . 109

Fonte(s) : Física 2º Grau - Robortela, Avelino e Edson - Editora Ática - Volume 7 (Eletrostática)

Exemplo 1: Dois corpos puntiformes, eletrizados com cargas iguais, repelem-se com uma força de intensidade F = 4 . 10^-3 N, no vácuo, quando separados por uma distância de 3 m. Qual é o módulo da quantidade de carga elétrica?

F = 4 . 10^-3 N                                 F = k . |q₁| . |q₂|
                                                                       d²       

d = 3 m                                           4 . 10^-3 = 9 . 10⁹ |q1|.|q2| → 4 . 10^-3 = 9 . 10⁹  . q² 

k = 9 . 10⁹ N.m²/C²                                                        3²                                         9

q1 = q2 = ?                                  → 4 . 10^-3 = 1. 10⁹ . q² → 4 . 10^-3 = q² → q = √4 . 10^-12

                                                                                               1 . 10⁹

                                                    → q = 2 . 10^-6 C ou q = 2 µC

Exemplo 2: Em um determinado meio, a constante eletrostática vale k = 1,0 . 10⁹ (S.I.). Qual distância de separação deve existir entre duas cargas puntiformes de 2 µC cada, para que a interação entre elas seja de 1,0 . 10^-3 N?

                                                          F = k . |q₁| . |q₂|
                                                                       d²       

k = 1,0 . 10⁹ N.m²/C²                       

q1 = q2 = 2 µC = 2 . 10^-6 C              1,0 . 10^-3 = 1,0 . 10⁹  . |2 . 10^-6|.|2 . 10^-6|

F = 1,0 . 10^-3 N                                                                                d²

d = ?                                                →1,0 . 10^-3 = 4,0 . 10^-3  → d² = 4,0 . 10^-3 

                                                                                    d²                    1,0 . 10^-3

                                                        → d = √4,0  → d = 2 m   

HIDROSTÁTICA

            A hidrostática tem sua origem nos estudos de Arquimedes (287 a.C. – 212 a. C.) sobre a Mecânica dos fluidos. Mas o assunto recebeu contribuição de cientistas como Torricelli (1608 – 1647), Stevin (1548 – 1620) e Pascal (1623 – 1662), entre outros (BONJORNO & CLINTON, 1999).

Densidade (d) ou Massa Específica (µ)

                Quando falamos em densidade (d) de um corpo, na verdade estamos referindo-nos a quantidade de massa (m) existente em cada unidade de volume (V) desse corpo. Essa relação é obtida dividindo a massa do corpo pelo seu volume, como mostrado abaixo:

d = m/V

               

                Já a massa específica, a grosso modo, é a “densidade” dos  líquidos e substâncias. Assim temos:

µ = m/V

Em resumo: o termo densidade é aplicado aos corpos (sólidos) e o termo massa específica, aos líquidos e substâncias.

Exemplo 1: (FGV-SP) Uma peça maciça é formada de ouro (d = 20g/cm³) e prata (d = 10 g/cm³). O volume e a massa da peça são, respectivamente, 625 cm³ e 10 kg. Podemos então afirmar que a massa de ouro contida na peça é:

a)      5000 g

b)      6250 g

c)       6900 g

d)      7250 g

e)      7500 g

Resolução:

m_Au + m_Ag = 10000 g

d_Au . V_Au + d_Ag . V_Ag = 10000 g

V_Au + V_Ag = 625 cm³

Montando um sistema de equações, temos:

20 . VAu  + 10 . VAg = 10000

       V_Au +        V_Ag = 625 . (-10) 

↓

20 . V_Au  + 10 . V_Ag = 10000

-10 . V_Au - 10 . V_Ag = - 6250

  10 . V_Au                 = 3750

↓

V_Au = 3750/10   → V_Au = 375 cm³

Como:

m_Au = d_Au . V_Au  →20 g/cm³ . 375 cm³ = 7500 g

Exemplo 2: Durante um experimento foram utilizados dois líquidos, A e B, de massas específicas µ_A = 0,50 g/cm³ e µ_B = 0,90 g/cm³. Sabendo-se que os volumes dos líquidos são iguais, V_A = V_B, qual a massa específica da mistura?

Resolução:

µ_mist = m_mist / V_mist = m_A + m_B / V_A + V_B = 0,50 g + 0,90 g / 1 cm³ + 1 cm³ = 1,40 g / 2 cm³ → µ_mist  = 0,70 g/cm³