Eletrostática

Eletrostática
Adriano A. Batista
Departamento de Fı́sica-UFCG
03/07/2016
Adriano A. Batista
Eletrostática
Breve histórico do desenvolvimento da eletrostática
Triboeletricidade: cargas estáticas geradas por atrito
Adriano A. Batista
Eletrostática
Breve histórico do desenvolvimento da eletrostática
Triboeletricidade: cargas estáticas geradas por atrito
Ex: feltro e vidro; seda e vidro; pente no cabelo, etc
Adriano A. Batista
Eletrostática
Breve histórico do desenvolvimento da eletrostática
Triboeletricidade: cargas estáticas geradas por atrito
Ex: feltro e vidro; seda e vidro; pente no cabelo, etc
Primeiras observações feitas na Grécia antiga com
âmbar+couro
Adriano A. Batista
Eletrostática
Breve histórico do desenvolvimento da eletrostática
Triboeletricidade: cargas estáticas geradas por atrito
Ex: feltro e vidro; seda e vidro; pente no cabelo, etc
Primeiras observações feitas na Grécia antiga com
âmbar+couro
Âmbar em grego= elektron (ηλκρoν)
Adriano A. Batista
Eletrostática
Breve histórico do desenvolvimento da eletrostática
Triboeletricidade: cargas estáticas geradas por atrito
Ex: feltro e vidro; seda e vidro; pente no cabelo, etc
Primeiras observações feitas na Grécia antiga com
âmbar+couro
Âmbar em grego= elektron (ηλκρoν)
Instrumentos para observação e medição de carga:
Adriano A. Batista
Eletrostática
Breve histórico do desenvolvimento da eletrostática
Triboeletricidade: cargas estáticas geradas por atrito
Ex: feltro e vidro; seda e vidro; pente no cabelo, etc
Primeiras observações feitas na Grécia antiga com
âmbar+couro
Âmbar em grego= elektron (ηλκρoν)
Instrumentos para observação e medição de carga:
Versório de Gilbert em 1600, eletroscópio, eletrômetro de
quadrante
Adriano A. Batista
Eletrostática
Breve histórico do desenvolvimento da eletrostática
Triboeletricidade: cargas estáticas geradas por atrito
Ex: feltro e vidro; seda e vidro; pente no cabelo, etc
Primeiras observações feitas na Grécia antiga com
âmbar+couro
Âmbar em grego= elektron (ηλκρoν)
Instrumentos para observação e medição de carga:
Versório de Gilbert em 1600, eletroscópio, eletrômetro de
quadrante
Geradores eletrostáticos: von Guerick cerca de 1660
Adriano A. Batista
Eletrostática
Breve histórico do desenvolvimento da eletrostática
Triboeletricidade: cargas estáticas geradas por atrito
Ex: feltro e vidro; seda e vidro; pente no cabelo, etc
Primeiras observações feitas na Grécia antiga com
âmbar+couro
Âmbar em grego= elektron (ηλκρoν)
Instrumentos para observação e medição de carga:
Versório de Gilbert em 1600, eletroscópio, eletrômetro de
quadrante
Geradores eletrostáticos: von Guerick cerca de 1660
gotejador de Kelvin, máquina de Wimhurst, gerador de van de
Graaff
Adriano A. Batista
Eletrostática
Breve histórico do desenvolvimento da eletrostática
Triboeletricidade: cargas estáticas geradas por atrito
Ex: feltro e vidro; seda e vidro; pente no cabelo, etc
Primeiras observações feitas na Grécia antiga com
âmbar+couro
Âmbar em grego= elektron (ηλκρoν)
Instrumentos para observação e medição de carga:
Versório de Gilbert em 1600, eletroscópio, eletrômetro de
quadrante
Geradores eletrostáticos: von Guerick cerca de 1660
gotejador de Kelvin, máquina de Wimhurst, gerador de van de
Graaff
Instrumentos para armazenamento de carga:
Adriano A. Batista
Eletrostática
Breve histórico do desenvolvimento da eletrostática
Triboeletricidade: cargas estáticas geradas por atrito
Ex: feltro e vidro; seda e vidro; pente no cabelo, etc
Primeiras observações feitas na Grécia antiga com
âmbar+couro
Âmbar em grego= elektron (ηλκρoν)
Instrumentos para observação e medição de carga:
Versório de Gilbert em 1600, eletroscópio, eletrômetro de
quadrante
Geradores eletrostáticos: von Guerick cerca de 1660
gotejador de Kelvin, máquina de Wimhurst, gerador de van de
Graaff
Instrumentos para armazenamento de carga:
Jarra de Leyden em torno de 1745
Adriano A. Batista
Eletrostática
Breve histórico do desenvolvimento da eletrostática
Triboeletricidade: cargas estáticas geradas por atrito
Ex: feltro e vidro; seda e vidro; pente no cabelo, etc
Primeiras observações feitas na Grécia antiga com
âmbar+couro
Âmbar em grego= elektron (ηλκρoν)
Instrumentos para observação e medição de carga:
Versório de Gilbert em 1600, eletroscópio, eletrômetro de
quadrante
Geradores eletrostáticos: von Guerick cerca de 1660
gotejador de Kelvin, máquina de Wimhurst, gerador de van de
Graaff
Instrumentos para armazenamento de carga:
Jarra de Leyden em torno de 1745
Eletroforo de Wilcke 1762, de Alessandro Volta 1775
Adriano A. Batista
Eletrostática
Breve histórico do desenvolvimento da eletrostática
Triboeletricidade: cargas estáticas geradas por atrito
Ex: feltro e vidro; seda e vidro; pente no cabelo, etc
Primeiras observações feitas na Grécia antiga com
âmbar+couro
Âmbar em grego= elektron (ηλκρoν)
Instrumentos para observação e medição de carga:
Versório de Gilbert em 1600, eletroscópio, eletrômetro de
quadrante
Geradores eletrostáticos: von Guerick cerca de 1660
gotejador de Kelvin, máquina de Wimhurst, gerador de van de
Graaff
Instrumentos para armazenamento de carga:
Jarra de Leyden em torno de 1745
Eletroforo de Wilcke 1762, de Alessandro Volta 1775
Experimentos de Benjamin Franklin em torno 1750.
Adriano A. Batista
Eletrostática
Breve histórico do desenvolvimento da eletrostática
Triboeletricidade: cargas estáticas geradas por atrito
Ex: feltro e vidro; seda e vidro; pente no cabelo, etc
Primeiras observações feitas na Grécia antiga com
âmbar+couro
Âmbar em grego= elektron (ηλκρoν)
Instrumentos para observação e medição de carga:
Versório de Gilbert em 1600, eletroscópio, eletrômetro de
quadrante
Geradores eletrostáticos: von Guerick cerca de 1660
gotejador de Kelvin, máquina de Wimhurst, gerador de van de
Graaff
Instrumentos para armazenamento de carga:
Jarra de Leyden em torno de 1745
Eletroforo de Wilcke 1762, de Alessandro Volta 1775
Experimentos de Benjamin Franklin em torno 1750.
Balança de torção de Coulomb em 1785
Adriano A. Batista
Eletrostática
Escala triboelétrica
Espuma de poliuretano; Cabelo, pele oleosa; Nylon, pele seca; ++++
Vidro; Acrı́lico; Couro;+++
Pêlo de coelho; Quartzo; Mica; Seda;++
Alumı́nio, Papel, Algodão +
Lã, Aço;0
madeira; âmbar; borracha de bola de ar;−
Niquel, Cobre; Enxofre; Brass, Prata; Ouro, Platina;−−
Acetato, Rayon; Poliester; filme de PVC; Polietileno (fita Scotch);− − −
Polipropileno; Vinil (PVC); Silı́cio; Teflon; Borracha de Silicone − − −−
Adriano A. Batista
Eletrostática
Propriedades da cargas elétricas
Há dois tipos de cargas apenas: positivas e negativas;
Adriano A. Batista
Eletrostática
Propriedades da cargas elétricas
Há dois tipos de cargas apenas: positivas e negativas;
Cargas de mesmo sinal se repelem;
Adriano A. Batista
Eletrostática
Propriedades da cargas elétricas
Há dois tipos de cargas apenas: positivas e negativas;
Cargas de mesmo sinal se repelem;
Cargas de sinais opostos se atraem;
Adriano A. Batista
Eletrostática
Propriedades da cargas elétricas
Há dois tipos de cargas apenas: positivas e negativas;
Cargas de mesmo sinal se repelem;
Cargas de sinais opostos se atraem;
As cargas são conservadas;
Adriano A. Batista
Eletrostática
Propriedades da cargas elétricas
Há dois tipos de cargas apenas: positivas e negativas;
Cargas de mesmo sinal se repelem;
Cargas de sinais opostos se atraem;
As cargas são conservadas;
As cargas são quantizadas;
Adriano A. Batista
Eletrostática
Propriedades da cargas elétricas
Há dois tipos de cargas apenas: positivas e negativas;
Cargas de mesmo sinal se repelem;
Cargas de sinais opostos se atraem;
As cargas são conservadas;
As cargas são quantizadas;
As cargas negativas são múltiplas da carga elementar do
elétron −e;
Adriano A. Batista
Eletrostática
Propriedades da cargas elétricas
Há dois tipos de cargas apenas: positivas e negativas;
Cargas de mesmo sinal se repelem;
Cargas de sinais opostos se atraem;
As cargas são conservadas;
As cargas são quantizadas;
As cargas negativas são múltiplas da carga elementar do
elétron −e;
As cargas positivas são múltiplas da carga do próton ou
pósitron +e.
Adriano A. Batista
Eletrostática
Atração e repulsão elétrica
Adriano A. Batista
Eletrostática
Isolantes e condutores elétricos
As cargas são livres para se movimentar em condutores
Adriano A. Batista
Eletrostática
Isolantes e condutores elétricos
As cargas são livres para se movimentar em condutores
Em isolantes as cargas não estão livres para se mover
Adriano A. Batista
Eletrostática
Isolantes e condutores elétricos
As cargas são livres para se movimentar em condutores
Em isolantes as cargas não estão livres para se mover
Metais são normalmente condutores
Adriano A. Batista
Eletrostática
Isolantes e condutores elétricos
As cargas são livres para se movimentar em condutores
Em isolantes as cargas não estão livres para se mover
Metais são normalmente condutores
Melhores condutores: alumı́nio, cobre, prata, platina, ouro.
Adriano A. Batista
Eletrostática
Isolantes e condutores elétricos
As cargas são livres para se movimentar em condutores
Em isolantes as cargas não estão livres para se mover
Metais são normalmente condutores
Melhores condutores: alumı́nio, cobre, prata, platina, ouro.
Materiais isolantes: vidro, madeira, borracha, plásticos em
geral, etc.
Adriano A. Batista
Eletrostática
Instrumentos para observação de carga elétrica
Versório de Gilbert
Adriano A. Batista
Eletrostática
Instrumentos para observação de carga elétrica
Eletroscópio
Adriano A. Batista
Eletrostática
Indução elétrica no eletroscópio
Adriano A. Batista
Eletrostática
Gerador eletrostático de von Guericke, ca. 1660
Adriano A. Batista
Eletrostática
Um aplicação curiosa
Adriano A. Batista
Eletrostática
Um aplicação curiosa
O beijo elétrico
Adriano A. Batista
Eletrostática
Um aplicação curiosa
O beijo elétrico
Adriano A. Batista
Eletrostática
A Invenção da Jarra de Leyden
Primeiro instrumento cientı́fico para armazenar carga elétrica,
cerca de 1745
Adriano A. Batista
Eletrostática
A Invenção da Jarra de Leyden
Primeiro instrumento cientı́fico para armazenar carga elétrica,
cerca de 1745
Adriano A. Batista
Eletrostática
Jarra de Leyden
Adriano A. Batista
Eletrostática
Jarra de Leyden
Adriano A. Batista
Eletrostática
Eletroforo
Adriano A. Batista
Eletrostática
Instrumentos para medição de carga elétrica
Eletrômetro de quadrante
Adriano A. Batista
Eletrostática
Eletroforo+Eletrômetro de Henley
Adriano A. Batista
Eletrostática
Benjamin Franklin
Observação da existência de cargas positivas e negativas.
Adriano A. Batista
Eletrostática
Benjamin Franklin
Observação da existência de cargas positivas e negativas.
Associação de relâmpagos e raios com cargas elétricas.
Adriano A. Batista
Eletrostática
Benjamin Franklin
Observação da existência de cargas positivas e negativas.
Associação de relâmpagos e raios com cargas elétricas.
A importância das pontas para emissão/recepção de cargas.
Adriano A. Batista
Eletrostática
Benjamin Franklin
Observação da existência de cargas positivas e negativas.
Associação de relâmpagos e raios com cargas elétricas.
A importância das pontas para emissão/recepção de cargas.
Cargas se acumulam na superfı́cie externa de condutores
isolados
Adriano A. Batista
Eletrostática
Benjamin Franklin
Observação da existência de cargas positivas e negativas.
Associação de relâmpagos e raios com cargas elétricas.
A importância das pontas para emissão/recepção de cargas.
Cargas se acumulam na superfı́cie externa de condutores
isolados
A invenção do pára-raios em 1749.
Adriano A. Batista
Eletrostática
Cargas livres em condutores isolados
Adriano A. Batista
Eletrostática
Sinos de Franklin
Adriano A. Batista
Eletrostática
Ação das pontas para emissão de cargas
Adriano A. Batista
Eletrostática
Geradores eletrostáticos
Gotejador de Kelvin
Adriano A. Batista
Eletrostática
Geradores eletrostáticos
Máquina de influência de Wimhurst, 1880
Adriano A. Batista
Eletrostática
Geradores eletrostáticos
Gerador de van de Graaff, 1929
Adriano A. Batista
Eletrostática
Gerador de van de Graaff
efeitos de estática no cabelo
Adriano A. Batista
Eletrostática
Gerador de van de Graaff
Descargas elétricas
Adriano A. Batista
Eletrostática
Gerador de van de Graaff
Adriano A. Batista
Eletrostática
Balança de torsão de Coulomb
Adriano A. Batista
Eletrostática
Balança de torsão de Coulomb
Adriano A. Batista
Eletrostática
Balança de torsão de Coulomb
Adriano A. Batista
Eletrostática
Lei de Coulomb
q1
q2
r12
~ 12
F
~ 21
F
~ 21 =
F
1 q1 q2 r̂21
4π0 |~r1 −~r2 |2
=
Adriano A. Batista
1 q1 q2 (~r2 −~r1 )
4π0 |~r1 −~r2 |3
Eletrostática
~ 12
= −F
Lei de Coulomb
q1
q2
r12
~ 12
F
~ 21
F
~ 21 =
F
1 q1 q2 r̂21
4π0 |~r1 −~r2 |2
=
1 q1 q2 (~r2 −~r1 )
4π0 |~r1 −~r2 |3
q1 > 0
~ 12
= −F
q2 < 0
~ 12
F
Adriano A. Batista
r12
~ 21
F
Eletrostática
Quantização das cargas
Observação da criação de um par elétron e pósitron (anti-elétron)
Adriano A. Batista
Eletrostática
Conclusões
Cargas elétricas podem ser apenas positivas ou negativas;
Adriano A. Batista
Eletrostática
Conclusões
Cargas elétricas podem ser apenas positivas ou negativas;
As cargas elétricas são conservadas;
Adriano A. Batista
Eletrostática
Conclusões
Cargas elétricas podem ser apenas positivas ou negativas;
As cargas elétricas são conservadas;
As cargas elétricas são quantizadas;
Adriano A. Batista
Eletrostática
Conclusões
Cargas elétricas podem ser apenas positivas ou negativas;
As cargas elétricas são conservadas;
As cargas elétricas são quantizadas;
Cargas de mesmo sinal se repelem;
Adriano A. Batista
Eletrostática
Conclusões
Cargas elétricas podem ser apenas positivas ou negativas;
As cargas elétricas são conservadas;
As cargas elétricas são quantizadas;
Cargas de mesmo sinal se repelem;
Cargas de sinais opostos se atraem;
Adriano A. Batista
Eletrostática
Conclusões
Cargas elétricas podem ser apenas positivas ou negativas;
As cargas elétricas são conservadas;
As cargas elétricas são quantizadas;
Cargas de mesmo sinal se repelem;
Cargas de sinais opostos se atraem;
Os materiais são em geral condutores ou isolantes;
Adriano A. Batista
Eletrostática
Conclusões
Cargas elétricas podem ser apenas positivas ou negativas;
As cargas elétricas são conservadas;
As cargas elétricas são quantizadas;
Cargas de mesmo sinal se repelem;
Cargas de sinais opostos se atraem;
Os materiais são em geral condutores ou isolantes;
As cargas em condutores isolados vão para superfı́cie;
Adriano A. Batista
Eletrostática
Conclusões
Cargas elétricas podem ser apenas positivas ou negativas;
As cargas elétricas são conservadas;
As cargas elétricas são quantizadas;
Cargas de mesmo sinal se repelem;
Cargas de sinais opostos se atraem;
Os materiais são em geral condutores ou isolantes;
As cargas em condutores isolados vão para superfı́cie;
A lei de Coulomb descreve a força de interação entre cargas
puntuais.
Adriano A. Batista
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