Halliday Resumo Cap 21,22,23 e 24

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Caso haja mais cargas positivas, o objeto está positivamente carregado, caso haja mais cargas negativas está, portanto, negativamente carregado. E objetos carregados interagem exercendo forças uns sobre os outros.

Quando temos objetos de cargas com sinais iguais (ambos positivos ou ambos negativos), então eles se repelem (exercem forças repulsivas entre si), caso tenham cargas de sinais opostos (um positivo e o outro negativo) eles se atraem (exercem forças atrativas entre si).

Figura 1: Cargas de sinais iguais se repelem, cargas de sinais diferentes se atraem.

- Condutores e Isolantes

Classificando os materiais de acordo com a facilidade com a qual as cargas se movem em seu interior temos

- Condutores: carga elétrica se move com facilidade, ou seja, encontram pouca resistência.

- Semicondutores: materiais que apresentam certa resistência ao movimento das cargas, mas ainda assim elas se movem em seu interior.

- Supercondutores: as cargas não encontram resistência e se movimentam livremente.

- Não condutores: a resistência à passagem da carga é tão grande que elas não podem se mover. São também chamados de materiais isolantes.

- Aterrado: quando um caminho entre o material condutor e a terra é estabelecido.

- Descarregado: quando o excesso de carga positiva/negativa em um material é eliminado através da terra.

Os átomos são formados por elétrons (cargas negativas), prótons (cargas positivas) e nêutrons (carga neutra). Onde os elétrons e os prótons possuem o mesmo valor absoluto, mas sinais opostos.

Os elétrons mais afastados do núcleo são capazes de se movimentar mais livremente, podendo vagar pelo material e deixando para trás átomos positivamente carregados (íons positivos). Esses elétrons são chamados de elétrons de condução e quanto mais resistente a passagem de carga é um material, mais isolante ele é e menos elétrons de condução ele possui.

- Lei de Coulomb

Quando duas partículas carregadas interagem entre si, uma força chamada Força Eletrostática é gerada por cada uma delas. No caso de cargas com sinais iguais, as forças eletrostáticas geradas por cada uma das cargas tende a afastá-las, mas no caso de cargas com sinais opostos, a força eletrostática gerada por ambas tende a atraí-las.

Figura 2: Força eletrostáticas geradas por partículas carregadas.

A lei que permite calcular essa força eletrostática é a lei de Coulomb. Então sejam duas partículas com cargas q1 e q2 respectivamente. A força a qual a partícula 1 é submetida é dada por

[pic 1]

Onde:

- é uma constante eletrostática de valor e é a Permissividade do vácuo. [pic 2][pic 3][pic 4]

- é um vetor unitário na direção da reta que liga as partículas[pic 5]

- é a distância entre as partículas.[pic 6]

A lei de Coulomb é válida inclusive dentro dos átomos, podendo ser observada na força de atração entre núcleo e elétrons, na força de atração entre átomos que formam moléculas e na força de atração entre moléculas que formam sólidos e líquidos.

Temos ainda que a Lei de Coulomb obedece ao princípio de superposição, onde, num sistema de n partículas carregadas, elas interagem entre si aos pares, independentemente e a força total que age sobre uma determinada partícula é dada pela soma vetorial de todas as forças atuando sobre ela.

[pic 7]

E obedece também ao teorema das cascas, onde: (1) uma casca esférica uniformemente carregada exerce uma força eletrostática como se toda a carga estivesse concentrada no seu centro. (2) Se uma partícula carregada situa-se dentro de uma casca esférica com distribuição uniforme de carga, a porção da casca posterior a partícula não exerce nenhuma força sobre ela.

Para condutores esféricos, o excesso de carga se distribui homogeneamente pela superfície externa, pois essa é a configuração onde as distâncias são maximizadas entre as cargas em excesso. Nesse caso, pelo teorema das cascas, a casca passa a atrair/repelir uma carga externa como se o excesso de carga estivesse concentrado no centro.

Podemos então perceber semelhanças entre as leis de Coulomb para a força eletrostática e a de Newton para a força gravitacional, já que (1) ambas são funções do quadrado da distância, (2) possuem uma constante ( e ) e (3) ambas obedecem ao princípio da superposição e ao teorema das cascas. Porém (4) a força eletrostática pode gerar forças atrativas e repulsivas, visto que existem dois tipos de cargas (positivas e negativas) enquanto que a força gravitacional apenas gera forças atrativas, pois existe apenas um tipo de massa. Além disso, (5) a lei de Coulomb é válida até a níveis atômicos, o que não acontece com a lei de Newton para a força gravitacional, que é substituída pela mecânica quântica nesses casos.[pic 8][pic 9]

- A carga é quantizada

Todas as cargas podem ser descritas na forma

[pic 10]

onde é a carga elementar.[pic 11]

A carga elementar é uma das constantes mais importantes da natureza e tanto os prótons quanto os elétrons possuem o mesmo valor absoluto . Como as cargas podem assumir apenas certos valores, dizemos que a carga é quantizada e o quantum de carga é extremamente pequeno.[pic 12]

- A carga é conservada

As cargas não podem ser criadas, o que acontece é um rompimento da neutralidade dos corpos, transferindo cargas de um corpo para outro. Portanto podemos admitir que a carga elétrica obedece a uma lei de conservação.

Capítulo 22. Campos Elétricos

- O campo elétrico

O campo elétrico é um campo vetorial (distribuição de vetores). Podemos definir o campo elétrico nas proximidades de um objeto carregado da seguinte forma: Inserimos uma carga positiva , chamada de carga de prova e medimos a