" CAMPO ELÉTRICO "

OS FÍSICOS MAIS IMPORTANTES DA FÍSICA

Físicos

Galileu Galilei ( 1564 – 1642 )

Astrônomo e físico italiano , é considerado o fundador da ciência experimental moderna .

Descobriu as leis da queda dos corpos e a lei que rege o movimento do pêndulo .

Enunciou o princípio da composição dos movimentos . Aperfeiçoou instrumento , como

o relógio e o telescópio. Suas conclusões eram baseadas mais em observações e nos resultados

dos experimentos do que na lógica dedutiva.

Isaac Newton ( 1643 –1727 )

Físico e matemático inglês , tornou–se uma das maiores figuras da ciência em todos os tempos.

Em física , formulou os três princípios da mecânica , conhecidas como leis de Newton , e a teoria da gravitação universal . Em matemática , criou o calculo infinitisimal.

Em 1666 fez as suas descobertas mais importantes . Interrogado sobre como as conseguia , respondeu :

Para descobrir todos os fenômenos que deseja , basta ao sábio três coisas : pensar , pensar , pensar “

Termologia

Lorde Kelvin ( Willian Thomson – ( 1824 – 1907 )

Físico inglês , estudou o esfriamento provocado pela descompressão dos gases , a que contribuiu para o estabelecimento da escala absoluta de temperatura ( escala Kelvin ) .

Descobridor da segunda lei da termodinâmica e com trabalhos no campo da eletricidade especificamente na telegrafia submarina .

James Prescott Joule (1818 – 1889 )

Físico inglês que formulou as leis sobre o desprendimento de calor produzido por uma corrente elétrica em um condutor e determinou , após várias experiências , o equivalente mecânico da caloria.

Óptica Geométrica

René Descartes ( 1596 – 1650 )

Filósofo e matemático francês , a quem devemos a criação da Geometria Analítica e a descoberta dos princípios da Óptica Geométrica . Em Óptica , sua influência foi muito acentuada.

Em 1637 publica a sua Dióptrica , na qual explica a teoria corpuscular da luz , atribuindo-lhe

Velocidade infinita e propagação através do éter .

Carl Friedrich Gauss ( 1777 – 1855 )

Astrônomo , matemático e físico alemão , Tornou – se célebre por seus trabalhos sobre magnetismo , eletromagnetismo e óptica

Christian Huygens ( 1629 – 1695 )

Matemático , Físico e Astrônomo Holandês . Em 1678 , apresenta em Paris seu primeiro trabalho

Sobre a teoria ondulatória da luz.

Chistian Johann Doppler ( 1803 – 1853 )

Físico e Matemático austríaco . Foi professor de física experimental na universidade de Viena.

Celebrou-se pelo principio denominado efeito Doppler .

Eletricidade

Charles de Coulonb ( 1736 – 1806 )

Físico francês , iniciou suas pesquisas no campo da eletricidade do magnetismo para participar de um concurso aberto pela Academia de Ciências sobre a fabricação de agulhas imantadas.

Estudou o atrito e descobriu a eletrização superficial dos condutores .

Formulou a lei da atração e repulsão entre as cargas elétricas.

Georg Simon Ohm ( 1787 – 1854 )

Físico e Matemático Alemão que descobriu , em 1827 , as leis fundamentais das correntes elétricas.

Realizou , ainda , Trabalho em acústica , na composição das vibrações sonoras.

CARGAS E CAMPOS ELÉTRICOS.

Cargas e campos.

Na natureza não existem processo de geração espontânea a partir do nada, nem processos que terminem em nada, ou seja, o que há são TRANSFORMAÇÕES. Dessa forma, gerar energia elétrica é, na verdade, transformar outra forma de energia (química, mecânica, térmica, ...) em energia elétrica. Isso precisa estar bem claro: estudaremos processos de transformação de uma forma de energia em outra.

Outro ponto importante a destacar é a dimensão das coisas que estudaremos para entender como se dá o processo de geração da energia elétrica. Atualmente aceitamos que todos os fenômenos elétricos estão relacionados com um mundo atômico que não podemos visualizar. Podemos somente sentir e observar seus efeitos. Para tanto, é necessário compreender um pouco melhor a estrutura atômica. A Química costuma nos mostrar um pouco disso que falamos, ou seja, um mundo composto por átomos, com seus núcleos e eletrosfera. No núcleo encontramos PRÓTONS e NÊUTRONS. Na eletrosfera estão os ELÉTRONS, responsáveis pelos fenômenos elétricos. A história dos modelos que a ciência construiu para o átomos será discutida a parte, em outro momento. Para nosso entendimento inicial, consideramos o átomo e esses três componentes, não sendo necessário ir muito além desse modelo clássico. Vale lembrar que muito já se avançou nesse campo. Você pode conferir um pouco desses avanços no Pôster de Partículas Fundamentais.

Modelo Atômico - A massa de um próton é aproximadamente 2.000 vezes maior que a do elétron

Uma das principais conclusões acerca dos fenômenos elétricos é que eles estão relacionados com MOVIMENTOS RESULTANTES, EM UM ÚNICO SENTIDO, DAS CARGAS ELÉTRICAS. Convencionalmemnte, os prótons possuem carga elétrica POSITIVA e elétrons carga NEGATIVA. Como o próprio nome diz, os nêutros são eletricamente neutros. Como os prótons estão presos ao núcleo, quem se desloca no interior dos materias que conduzem eletricidade são os elétrons.

O QUE É NECESSÁRIO PARA QUE HAJA O MOVIMENTO DE ALGO QUE ESTÁ, INICIALMENTE, PARADO?

Pense em uma bola de gude parada em cima de uma mesa. Para colocá-la em movimento podemos dar um peteleco, sobrar, bater com uma régua, etc... Essas ações colocariam a bola em movimento. Estaríamos aplicando uma força sobre a bola. De que outra forma poderíamos, sem tocar na bola de gude, fazê-la se movimentar? Poderíamos levantar um dos cantos da mesa, tornando a superfície um plano inclinado. A bola sofreria a ação da gravidade e se movimentaria.

Se a explicação para os efeitos elétricos está no movimento das cargas negativas (elétrons), o que os faz se movimentar? Existe alguma força que os empurra? Vamos tentar entender...

FORÇAS DA NATUREZA

A Ciência admite a existência de quatro forças ou interações fundamentais na natureza:

- FORÇA FORTE: responsável por manter o núcleo coeso (unido). Pense em monte de cargas positivas juntas. Sabendo que cargas iguais se repelem, deve haver algo muito intenso para mantê-los todos juntos, pois as distâncias que se encontram são muito, mas muito pequenas mesmo. Essa força atua nos nucleons (prótons e nêutrons). Se divide em fundamental e residual.

- FORÇA FRACA: a maioria dos núcleos conhecidos pela ciência não são estáveis. Isso quer dizer que eles se transformam em outros núcleos, emitindo energia, num processo conhecido como decaimento radioativo. Alguns tipos de decaimento não comportam explicação através da força nuclear forte, devendo haver outra força em jogo. Essa força, de menor intensidade mas com tempo de duração maior, foi chamada de força FRACA, atuando sobre as partículas resultates do decaimentos, que podem ser elétrons e pósitrons (elétrons com carga positiva).

- FORÇA ELETROMAGNÉTICA - força responsável por manter os elétrons rodopiando ao redor do núcleo, entre outras atribuições. Ela aparece sempre que houver alguma partícula eletricamente carregada. É menos intensa que as forças forte e fraca, mas alcança distância bem maiores. Muitos dos fenômenos que observamos, como por exemplo o atrito, são resultado da atuação da força eletromagnética. Há uma tendência de que as forças fraca e eletromagnética sejam unificadas em torno de uma força chamada ELETROFRACA, mas isso ainda não está plenamente estabelecido.

- FORÇA GRAVITACIONAL: força que nos mantém grudados ao chão, atuando sobre qualquer coisa que possua massa. Ela atua sobre os núcleos, sobre os eleétrons e tudo mais, porém se comparada com as outras três forças se precebe que sua intensidade é muito menor. Até hoje a física busca uma explicação para a existência da gravidade. O próprio Einstein postulou que a gravidade é resultado da curvatura do espaço, mas não conseguiu avançar muito além disso. Hoje em dia há grandes esforços no sentido de evidenciar a presença dos GRÁVITONS, que seriam partículas responsáveis pelo aparecimento da força gravitacional.

O Santo Graal da Física é a unificação de todas as forças. Algumas teorias em desenvolvimento prevêem que deva existir uma lei única, que comporte as quatro forças, explicando o universo como um todo. Essa busca é um dos motores da Física atual.

OS ELÉTRONS E A FORÇA ELETROMAGNÉTICA

Onde houver uma carga elétrica haverá a força eletromagnética. Essa força será melhor entendida em termos de um conceito recente da Física: o conceito de CAMPO. Nesse momento podemos diferenciar o campo gerado por uma carga elétrica (campo elétrico) do campo gerado por um ímã (campo magnético), apesar dos dois serem originados pela força eletromagnética.

Supondo um espaço inicialmente vazio, livre de qualquer influência elétrica. Se lá for colocada uma carga elétrica, cada ponto deste espaço assumirá características que antes não dispunha. O espaço deixa de ser “neutro”. Pode-se, então, afirmar que a carga perturbou o espaço e esta perturbação trouxe consigo novas propriedades a cada ponto do espaço. Esta “atmosfera elétrica” é o campo elétrico. Ainda mais interessante: o campo independe da existência de outras cargas por perto. Porém, na Física um campo só é definido quando se pode atribuir um valor numérico à sua intensidade em cada ponto. Para medir essa intensidade seria preciso uma segunda carga que sofreria a ação do campo, cuja força impressa poderia ser então quantificada. O campo assumiria, e cumpriria, sua função de transmissão da interação entre as duas cargas.

Assim como a força da gravidade, a força eletromagnética atua à distância. Isso significa que não há necessidade de contato direto. Quando algo entra no campo de ação, sofre a força. Esse campo é invisível para nós, mas podemos detectá-lo.

ALGUMAS CARATERÍSTCAS DOS CAMPOS GERADOS POR CARGAS ELÉTRICAS

- A intensidade do campo depende da distância: se colocarmos uma carga de prova em um determinado ponto do campo poderemos medir a intensidade da força que atua sobre as cargas. Essa intensidade varia com a distância da carga de prova em relação à carga central, da seguinte forma:

Utilizando a Lei de Coulomb, temos:

Então:

E = Intensidade do Campo Elétrico

F = Força

q1 = carga central e q2= carga de prova

r = distância entre as cargas

- Possui caráter VETORIAL: o campo pode ter uma medida de intensidade, um número. Porém, esse valor não retrata completamente como é o campo em determinada região. São necessárias mais algumas informações, como por exemplo para onde esse campo está exercendo sua força. O caráter vetorial do campo se justifica: é necessária a intensidade, a direção e o sentido de atuação. Esse campo pode ser representado por linhas de força. Cabe ressaltar que existem linhas de força em todo o espaço onde o campo atua. A representação abaixo mostra apenas algumas dessas linhas.

Sentido convencional do campo elétrico - linhas de força emergem das cargas positivas e submergem nas cargas negativas...

ELETROMAGNETISMO

Eletromagnetismo

ÍMÃS
Os fenômenos magnéticos são conhecidos desde a Antiguidade. Naquela época já se utilizavam certas pedras – que tinham a propriedade de atrair pedaços de ferro – na orientação da rota de grandes viagens. O vocábulo magnetismo é devido a uma região chamada Magnésia, localizada na Turquia, local em que essas pedras foram encontradas. Quando suspensas por seus centros de massa, tais pedras orientavam-se sempre no sentido norte-sul. Eram construídas de óxido de ferro e denominadas magnéticas. Atualmente, recebem o nome genérico de ímã natural. Só mais tarde descobriu-se a possibilidade de fabricar ímãs artificiais. Os ímãs artificiais são, normalmente, barras de ferro ou aço às quais se transmite a propriedade magnética. Eles levam vantagem sobre os ímãs naturais por terem maior poder atrativo e, também porque podem receber a forma mais conveniente ao seu uso. Todo ímã apresenta duas regiões distintas, denominadas pólos, que possuem comportamentos opostos: pólo norte e pólo sul.

A experiência comprova a seguinte propriedade básica do magnetismo:
Pólos magnéticos de mesmo nome repelem-se e de nomes contrários atraem-se.


CAMPO MAGNÉTICO

Analogamente ao campo elétrico, denomina-se campo magnético a região ao redor de um ímã na qual ocorre um efeito magnético. A sua representação é feita por linhas de campo ou linhas de indução, que são linhas imaginárias fechadas que saem do pólo norte e entram no pólo sul.


No interior do ímã, as linhas de campo vão do pólo sul para o pólo norte.

Cada ponto de um campo magnético é caracterizado por um vetor denominado vetor indução elétrica ou vetor campo magnético, sempre tangente às linhas de campo e no mesmo sentido delas. A sua intensidade será definida mais adiante. Diz-se que um campo magnético é uniforme quando o vetor campo magnético é constante em todos os pontos do campo. Nesse caso, sua representação é um conjunto de linhas paralelas igualmente espaçadas e igualmente orientadas. Campo Magnético criado por corrente elétrica num fio retilíneo, Em 1820, o físico dinamarquês Hans C. Oersted (1777-1851) verificou, experimentalmente, que a corrente elétrica cria um campo magnético ao seu redor.
Oersted montou um circuito, mantendo um trecho do condutor esticado na direção norte-sul, colocando bem próximo e sob esse trecho uma bússola. Verificou que, ao fechar o circuito, a agulha magnética da bússola sofria um desvio e permanecia quase perpendicular ao condutor, graças ao aumento da corrente. Verificou ainda que, se o sentido da corrente fosse invertido, a agulha também sofria uma inversão em seu sentido.

Grandezas Vetoriais

Grandezas físicas que não ficam totalmente determinadas com um valor e uma unidade são chamadas de grandezas vetoriais. As grandezas que ficam totalmente expressas por um valor e uma unidade são chamadas de grandezas escalares. Como exemplo de grandeza escalar temos a massa.

Já as grandezas vetoriais, para que fiquem totalmente definidas necessitam de:

• Um Valor (módulo);
• Uma Unidade;
• Uma Direção;
• Um sentido.
Como exemplos de grandeza vetorial temos: velocidade, força, aceleração, etc.
Um vetor por sua vez tem três características: módulo, direção e sentido.
Para representar graficamente um vetor usamos um segmento de reta orientado.


O módulo do vetor, representa numericamente o comprimento de sua seta. No caso anterior, o módulo do vetor é igual a distância entre os pontos A e B, que por sua vez vale 3 u.
Para indicar vetores usamos as seguintes notações:


O módulo de um vetor é indicado utilizando-se duas barras verticais.
|A| (Lê-se: módulo de A)

Eletrostática ou electrostática é o ramo da eletricidade que estuda as propriedades e o comportamento de cargas elétricas em repouso, ou que estuda os fenômenos do equilíbrio da eletricidade nos corpos que de alguma forma se tornam carregados de carga elétrica, ou eletrizados.