Eletrostática: o que é, fórmulas e exercícios!

Eletrostática: o que é, fórmulas e exercícios!

Você já experimentou pentear seu cabelo com um pente de plástico, quando o tempo está mais seco, e depois alguns fios ficaram mais eriçados? Ou então, já sentiu algum choque ao encostar na lataria de um carro? Esses são exemplos de como a eletrostática está presente em nosso dia a dia.

A seguir, veremos os principais conceitos e princípios que fazem parte da eletrostática. Além disso, iremos resolver alguns exercícios sobre o assunto. Venha com a gente!

O que é eletrostática?

A eletrostática é a área da Física que estuda as cargas elétricas em repouso. Sendo assim, são estudados conceitos como repulsão, atração, campo elétrico, potencial elétrico e outros.

A seguir, veremos o que é exatamente a carga elétrica e todas as relações e fenômenos que acontecem com ela.

Força e energia eletrostática

Confira, a seguir, o que é carga elétrica, campo elétrico e potencial elétrico.

Carga elétrica

A matéria é composta por pequenas partículas positivas e negativas, que possuem carga elétrica. Essas partículas são conhecidas pelo nome de próton (carga positiva) e elétron (carga negativa). Por elas terem cargas opostas, se atraem e, junto com o nêutron (carga neutra), formam os átomos e todo o resto do Universo.

A carga elétrica é uma propriedade intrínseca das partículas. Além disso, ela é quantizada, ou seja, apresenta um valor mínimo, conhecido como carga fundamental (e). Por exemplo, os prótons e os elétrons têm carga fundamental de 1,6.10^-19 C (Coulomb). Assim, para medirmos a carga elétrica de um corpo, é só multiplicarmos a carga fundamental pelo número de elétrons.

A fórmula para medir a carga elétrica é:

Q = n.e

Em que:

• Q é o módulo da carga elétrica, com unidade em Coulomb (C);
• n é o número de elétrons que está faltando ou sobrando (sem unidade);
• e é a carga fundamental (1,6.10^-19 C), com unidade em Coulomb (C).

Campo elétrico

Uma carga elétrica influencia o espaço ao seu redor, a isso damos o nome de campo elétrico. É como se ao redor de uma carga existisse um campo onde ela exerce seus poderes.

O campo elétrico possui valor, direção e sentido. Para calcular seu valor, é preciso levar em consideração a força eletrostática (F) ─ ou força elétrica ─ e a carga (q) da partícula que está sofrendo essa força. Sendo assim, temos a seguinte fórmula de campo elétrico (E):

E = F/q

Em que:

• E é o campo elétrico, com unidade em Newton por Coulomb (N/C);
• F é a força eletrostática, com unidade em Newton (N);
• q é a carga elétrica, com unidade em Coulomb (C).

Falando agora sobre a direção e o sentido, considere uma carga elétrica positiva. O campo elétrico dela é desenhado por meio de setas que se deslocam da partícula para longe dela. Já em uma partícula com carga elétrica negativa, o campo elétrico é representado por setas que apontam para a própria partícula.

Assim, quanto mais próximo se está da partícula maior é o seu campo elétrico. Isso pode ser comprovado por meio da lei de Coulomb:

A força elétrica diminui com o inverso do quadrado da distância entre corpos que estão interagindo entre si.

Assim, temos a fórmula da lei de Coulomb:

F = k. (q1.q2)/d²

Em que:

• F é a força elétrica, com unidade em Newton (F);
• k é uma constante de proporcionalidade (9.10^9 N.m²/C²);
• q1 e q2 são as cargas das duas partículas que estão interagindo, com unidade em Coulomb (C);
• d é a distância entre as duas partículas, com unidade em metro (m).

Potencial elétrico

Considere que uma partícula está imersa em um campo elétrico. Para movê-la contra o campo, é necessário realizar trabalho. Esse trabalho, por sua vez, altera a energia potencial da partícula. Sendo assim, podemos estabelecer a seguinte relação entre potencial elétrico (voltagem) e energia potencial elétrica da partícula:

V = Ep/Q

Em que:

• V é o potencial elétrico, com unidade em Volt (V);
• Ep é a energia potencial elétrica, com unidade em Joule (J);
• Q é a carga elétrica, com unidade em Coulomb (C).

Eletrização

A eletrização é o processo de retirar ou ceder elétrons de um corpo para o outro. Dessa forma, conseguimos deixar objetos eletrizados. Há três processos de eletrização:

• eletrização por atrito – acontece quando esfregamos um objeto no outro;
• eletrização por contato – se dá quando apenas encostamos um objeto no outro;
• eletrização por indução – acontece quando apenas aproximamos um objeto indutor de outro a ser induzido.

Um experimento que você pode fazer em casa para testar os processos de eletrização é o Pêndulo Eletrostático. Ele consiste em uma base, uma haste de metal na forma de um L de cabeça para baixo (Г), uma linha presa na ponta da haste com uma bola de metal presa na outra ponta do fio.

Você pode construí-lo com um fio de arame, preso numa base de isopor. O fio pode ser um de linha e a bola de metal pode ser feita com papel alumínio. Assim, é só pegar um cano fino de PVC e atritá-lo com uma folha de papel toalha (eletrização por atrito). Após isso, aproxime o cano da bola de metal e perceba a atração que acontece entre os dois (eletrização por indução).

Blindagem eletrostática

Você sabia que é possível deixar um campo elétrico nulo? Isso é possível por meio da distribuição de cargas elétricas que estão em excesso em um condutor.

Para isso, é preciso que tenhamos um condutor em equilíbrio eletrostático. Isso quer dizer que, no seu interior não há movimento de elétrons livres, ou seja, não há corrente elétrica.

Por exemplo, ao darmos descargas elétricas em uma esfera maciça de metal, os elétrons vão para a sua superfície, estabelecendo um equilíbrio eletrostático. Por conta disso, o seu interior apresenta campo elétrico nulo.

Esse mesmo fenômeno acontece em condutores ocos, como um cano de metal ou mesmo uma gaiola de Faraday, a isto damos o nome de blindagem eletrostática. Este último foi o experimento utilizado por Michael Faraday para provar a existência da blindagem eletrostática.

Dessa forma, ele criou uma gaiola com telas de metal, colocou uma cadeira no seu centro sobre suportes isolantes e se sentou na cadeira. Após isso, a gaiola recebeu fortes descargas elétricas, mas nada aconteceu com o cientista.

A blindagem eletrostática é muito importante nos dias atuais. Ela é utilizada nos carros, nos aviões e nos smartphones, por exemplo. Assim, mesmo que seu carro seja atingido por uma descarga elétrica, por exemplo, você não levará choque, já que toda a estrutura metálica do carro fará com que o interior, onde você se encontra, tenha campo elétrico nulo.

Princípios da eletrostática

Os princípios da eletrostática são importantes, pois é a partir deles que todos os outros conceitos, como campo elétrico, potencial elétrico e blindagem eletrostática, por exemplo, são desenvolvidos.

São dois os princípios da eletrostática:

• Princípio da atração e repulsão – cargas elétricas de mesmo sinal se repelem e cargas elétricas de sinais opostos se atraem;
• Princípio da conservação das cargas elétricas – quando temos um sistema eletricamente isolado (que não há troca de cargas elétrica entre o sistema e o exterior), a soma algébrica das cargas negativas e positivas é sempre constante.

Fórmulas: eletrostática

A seguir, temos as principais fórmulas da eletrostática:

• Carga elétrica: Q = n.e;
• Campo elétrico: E = F/q;
• Força elétrica: F = k. (q1.q2)/d²;
• Potencial elétrico: P = E/q.

Exercícios de eletrostática

Confira alguns exercícios de eletrostática e sua resolução:

1. Em determinado local do espaço, existe um campo elétrico de intensidade E = 8.10³ N/C. Colocando-se aí uma partícula eletrizada com carga elétrica q= 16 μC, a intensidade da força que agirá sobre ela, em newtons, vale quanto?

E = F/q

F = E.q

F = 8.10³ . 16.10^-6

F = 128.10^-3

F = 0,128 N

2. Qual o número de elétrons que deverá ser fornecido a um condutor elétrico, inicialmente neutro, para que ele fique eletrizado com carga elétrica igual a -8 C?

Dados: carga elementar e = 1,6.10^-19

Q = n.e

n = Q/e

n = 8/1,6.10^-19

n = 5.10^19 elétrons

Agora que você já aprendeu sobre o que é eletrostática, confira nosso plano de estudos que vai ajudar a saber exatamente o que você precisa estudar para ir bem nas provas do Enem e de outros vestibulares. Além disso, teste seus conhecimentos sobre o assunto com os nossos exercícios de eletrostática.

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