Eletrostática - Carga, Força e Campo - Carga Elétrica

Fala galera! Tudo tranquilo com vocês? Tudo sossegado? Beleza! Já estamos invadindo área nova na física, legal, estamos invadindo a parte de eletricidade para a gente começar a conhecer o que está acontecendo nessa área. Afinal são grandes áreas da física, a gente já deu uma olhada em cinemática, dá uma olhada em todas as áreas aí da física e aí estamos na parte nova, então eletricidade e com certeza você vai mandar bem nessa primeira aula de conceitos básicos, são conceitos essenciais. Apesar de a gente chamar de básico, não quer dizer que é bobo e não quer dizer que a gente vai usar, aliás que não vai usar, extremamente importante, lá na frente a gente vai usar vários conceitos que aparecem aqui nessa aula. Vamos lá então? Tranquilinho? Beleza! Então olha só, tem uma coisinha aqui, tem uma coisinha aqui, chamada átomo, essa coisinha de átomo aqui está um pouco atrasada, ela está um pouco atrasada, deve ter aí uns cem anos de idade, mais ou menos, e aí hoje a gente não representa mais assim, é uma outra representação, mas essa ideia aqui já está ótima para gente brincar de eletricidade. Beleza? Legal! Então o seguinte, vou fazer assim, o que a gente conhece de átomo tem essa cara aqui, tem um negócio chamado núcleo, vou puxar aqui, um negócio chamado núcleo e tem um outro negócio chamado eletrosfera. Vou colocar ele só um pouquinho mais para baixo aqui, pronto, eletrosfera. Beleza, vamos lá então. Dentro do núcleo você tem duas partículas lá dentro. Quantas partículas têm? Bom isso aí a química se preocupa em contar, beleza? Lá no núcleo então você vai encontrar, um próton, próton, beleza. E a outra parte que você vai encontrar é um nêutron, nêutron, nêutron. Beleza? Tranquilinho, maravilha. Agora fala para mim, na eletrosfera, eletrosfera eletrosfera, você vai encontrar o elétron, esse daqui é o astro no nosso show, esse é o cara essencial pra gente, não quer dizer que os outros caras não sejam importantes, mas dá uma olhadinha aqui. O que está escrito aqui no título da nossa matéria? Eletricidade, é isso? Não está escrito ‘prótoncidade’ ou ‘neutrocidade’, concordam? Está escrito eletricidade. Quer dizer o que? Quer que a gente não vai lidar com prótons nem nêutrons? Não, não quer dizer isso, quer dizer que o elétron vai receber mais atenção do que as outras partículas. Legal? Belezinha? Legal então, então vamos fazer assim, alguém falou pra você, alguém falou pra você que esse cara tem uma carga, que esse cara tem uma carga, sei lá se tem ou se não tem, que esse cara tem uma carga, não tem? Alguém falou pra você que o próton tem uma carga positiva? Alguém falou, legal. Que o nêutron bom o nêutron não tem nada. É isso? Por isso que ele é nêutron né isso? nêutron. E o eletro tem uma carga? Isso uma carga negativa, legal, legal, maravilha, maravilha. Olha só deixa eu só te explicar, a gente já volta aqui nessas cargas, deixa eu só te explicar um negócio. Porque que a gente deixa um pouco de lado os prótons e os nêutrons, dá uma olhadinha, esse desenho aqui, apesar dele ser antigo, dá pra gente ter uma ideia mais ou menos do que está acontecendo. Nossos elétrons eles estão passeando aqui nessa eletrosfera, tudo bem? Está aqui, passeando e tal e aí eles ficam dando volta, passeando e tal, e aí aqui dentro tem o tal do núcleo. Beleza! prótons e nêutrons lá dentro. Tranquilinho. Você concorda que eu posso vir aqui e dar um peteleco nesse elétron e ele vai embora? E eu posso vir aqui no próton e dar um peteleco nesse próton e ele vai embora ou posso vir aqui, nesse nêutron aqui dentro, dá um peteleco nele também e ele vai embora. Pode. Pode. Só que pensa só, esses prótons e esses nêutrons aqui, eles estão muito mais grudados ao átomo do que esse elétron, concorda? Para você chegar aqui dá um peteleco nesse elétron e ele ir embora, cara tranquilinho, o fato deu pegar esse apagador aqui e passar na lousa faz com que eu arranque alguns elétrons daqui. A gente vai ver na próxima aula um negócio chamado Processos de Eletrização, aí eu consigo falar melhor disso daí pra você, mas os prótons e os nêutrons eles estão muito mais ligados, pra você mexer nisso daí você precisa de uma máquina chamada Acelerador de Partículas e a ideia é bem simples, você pega, por exemplo, um aparelho eletrônico e você quer saber o que tem lá dentro. O que você faz? Bom, você pode abrir, e se você não tiver ferramenta? Você pega esse aparelho e "pá" joga na parede, ele vai quebrar, ele vai despedaça r, aí você vai lá, tá aqui, tá aqui, pronto, peguei os pedacinhos. Ah legal, eu tenho aqui um, um circuito elétrico, eu tenho aqui um visor, e eu tenho aqui uma bateria, pronto. Aí o que que você faz? Eu quero saber agora o que tem aqui dentro, dentro do circuito elétrico. Que que você faz? Você joga na parede, só que agora não adianta jogar, porque não vai quebrar, você tem que jogar com a força maior, ele tem que bater na frente com a força maior e vai ficar, pronto, um pedacinho melhor ainda. Agora eu quero saber o que tem nesse resistor, joga na parede de novo, quebra, menor ainda, pronto. Agora eu quero saber o que tem dentro desse Ferrinho que estava no resistor, quebra de novo, quebra de novo, quebra de novo, até você chegar nessa coisa, aí o que você vai fazer? Você vai pegar esse núcleo e vai quebrar esse núcleo, só que aí, imagina, você precisa de uma energia extremamente grande, você precisa de uma máquina grande, um tal de Acelerador de Partículas é isso que ele faz, acelera partículas joga uma com a outra para elas colidirem, para elas se quebrarem, para você ver o que sobra dessa colisão e tentar montar alguma coisa com uma cara dessa ou alguma coisa que tenha aqui dentro ou alguma coisa que tenha aqui dentro do aqui dentro, entendeu a ideia? E é isso aí. Agora pra mexer no núcleo e no próton, no núcleo e no próton não, no próton e no nêutron, você vai precisar de muito mais energia é muito mais difícil mexer aqui dentro é muito mais fácil mexer com o elétron que ele está menos ligado. Então é essa ideia. Legal? Então agora que você sabe das cargas e sabe por que que a gente vai usar mais o elétron do que os outros, a gente pode continuar. Imagina, eu consigo contar elétron? Pega um elétron, está aqui o elétron, legal. Dois elétrons, consigo? Consigo, tá. E aí eu consigo olhar pra esse elétron e falar, ele tem uma carga, e é negativa? Isso aí não, isso é uma definição, alguém definiu assim, você junta uma sala cheia de físicos e fala: Quem acha que o próton vai ser positivo? Eu acho, eu acho, não tem que ser negativo, acho positivo. Bom, positivo ganhou, próton positivo, elétron negativo, definição acabou. Não tem uma experiência, depois você adapta as coisas a esses sinais, todo elétron têm o sinal negativo então vai acontecer tal coisa. Legal então. Então vamos fazer assim, é tem um negócio que eu pego esse núcleo e quebro, que nem eu tinha falado para vocês e arranjo um próton, beleza. Eu posso quebrar o próton e sei lá, chegar em outras partículas mais estranhas. Tá, mas eu não consigo quebrar esse elétron, esse elétron ele é único aqui, tanto é que a carga dele é conhecido como Carga Elementar ou Carga Fundamental. Cara, não tem nada menor do que essa carga, pelo menos para o elétron. E essa carga aí, toma cuidado com o que eu vou escrever aqui, "e" vale 1,6 10 elevado a menos 19 coulombs. Toma cuidado! Isso aqui não é um "e" de elétron é um "e" de elementar. Agora o que que você vai fazer? Você vai usar esse "e" aqui do jeito que você precisar, por exemplo, por exemplo, cadê aqui. Se for positivo, olha lá se esse "e" for positivo, estamos falando do próton, falando do próton. Se esse "e" for negativo, estamos falando do elétron, legal, estamos falando do elétron. Tudo bem essa ideia? Então é você que tem que colocar esse sinalzinho aqui na frente, o vestibular vai te passar a informação, inclusive a gente vai fazer exercícios, só que é você que tem que colocar esse sinal da frente. Combinados? Toma cuidado com esse detalhe então. Agora vamos contar, vamos contar, um elétron tem essa carga aqui. E dois? Bom, dois elétrons, duas vezes isso daqui, não é? E três? Bom, três vezes isso daí, 4, 4 vezes. E 10? Bom, 10 elétrons, 10 vezes isso daqui. Um milhão? Legal. Então se eu quiser contar a quantidade de cargas, toma cuidado, quantidade de cargas em excesso, quantidade de cargas que eu tenho a mais. Vamos lá. Posso fazer? Posso fazer. Vamos contar? Vamos. Quantidade de carrega é o quê? É o quanto de partículas a gente tem a mais. É isso? Legal. Vezes o quê? A carga de cada um deles. Um elétron, a carga então vai ser menos 1,6, 10 a menos 1 9, dois elétrons, menos dois e essa carga, beleza? Tudo bem? Então você consegue descobrir quanto de elétrons você está, sei lá, ou perdido ou jogado por aí ou em excesso, enfim, tem aí a nossa primeira equação da eletricidade. Beleza? Legal. Vou fazer assim, só vou apagar a lousa aqui, já volto rapidinho, só um minutinho. Então beleza galera voltamos aqui. Eu só preciso desse quadrinho, tá? Na verdade, esse quadrinho vai ajudar bastante quando aparecer, aliás, quando aparecerem algumas informações para vocês no enunciado, por exemplo, o cara vai falar pra você assim: um corpo ele está carregado ou ele está eletrizado positivamente, negativamente ou ele é neutro. Então a gente vai discutir isso daí, pra você entender essa ideia aqui. Entendam a primeira coisa, eletrizado como alguma coisa que troca elétrons. Troca elétrons? Mas não pode trocar prótons? Lembra que para mexer no próton é mais difícil, então o corpo só fornece elétrons ou ele ganha elétrons. Tudo bem? A gente vai definir desse jeito, não pode ganhar prótons, não pode perder nêutrons, não pode ganhar, não pode, só elétrons ou ganha ou perde elétrons. Combinados? Combinados. Olha só, olha só, olha só, olha só, boa. Conta lá o número de prótons, conta lá o número de elétrons e fala para mim, fala pra mim, se por acaso o corpo tiver o número de prótons, número de prótons, maior do que o número de elétrons. Número de prótons maior que o número de elétrons, número de cargas positivas maior que o número de cargas negativas, tem mais carga positiva. Ótimo, se tem mais carga positiva, então ele está eletrizado, eletrizado positivamente. Boa, positivamente. Eletrizado positivamente. Mas eu pensei que quando estava eletrizado positivamente quer dizer que só tinha prótons? Gente olha só, de uma forma básica, são 3 partículas que formam um átomo: próton, nêutron e elétrons. Se você sumir com qualquer uma dessas três vai ter átomo? Não tem mais, desestabiliza tudo aquilo, acaba com tudo aquilo, então o corpo que é eletrizado positivamente não quer dizer que ele tem só prótons, quer dizer que ele tem mais prótons do que elétrons, não dá para deixar de existir o restante das partículas. Combinados? Legal, vamos continuar o raciocínio agora então. Agora, número de prótons é menor, ou seja, o número de elétrons é maior então tem mais carga negativa. Mais carga negativa ele vai estar eletrizado como? Boa, eletrizado negativamente. Beleza, legal, legal. Então corpo negativo ou o corpo eletrizado negativamente tem mais elétrons do que prótons. Agora fala para mim, quando os dois são iguais? Número de prótons exatamente igual ao número de elétrons? Isso, carga positiva e carga negativa são iguais. Então não tem nem mais positivo nem mais... então ele é? Então ele é neutro ou ele é carregado neutralmente, o que você acha? Eletrizado neutralmente, pode ser? Ele trocou? Houve alguma troca de elétrons? Acho que não, né? Não. Então não, ele não pode ser carregado, se ele é carregado, ele não é neutro. São ideias contrárias. Se ele é eletrizado, ele não é neutro. Então ele é neutro, só neutro, só neutro. Combinados? Tranquilinhos? Pra quê isso? Bom, para você saber primeiro que para ser eletrizado ele tem que ter mais partículas do que... não quer dizer que só a partícula que está com um sinal lá... não ela é só a quantidade maior, não quer dizer que só tem ela. Beleza? Então, carregado positivamente mais prótons, carregado negativamente mais elétrons e carregado... bom, carregado neutro não existe, neutro as duas são exatamente iguais. Beleza? Tranquilinhos? Legal então. Vamos dar uma olhada nos enunciados aí dos exercícios? Vamos lá, dois exercícios pra gente trabalhar. Bora então. Então: Um corpo possui carga elétrica de 1,6 microcoulombs. Sabendo-se que a carga elétrica fundamental é 1,6, 10 a menos 19, pode-se afirmar que o corpo, aliás, que neste corpo há falta do quê? Então ele vai falar aí A, B, C, D ou E a gente tem que ver o que está acontecendo. Legal? Então tá bom, galera. Seguinte, tem aqui a carga desse corpo, tem aqui a carga elementar ou a carga fundamental. E aí você já sabe que esse corpo, fala para mim. É positivo ou negativo? Está carregado positivamente ou está carregado negativa? Claro que sabe. Aqui, ele passou a carga do corpo, isso daqui é? Oh, positivo está aqui, deixa eu só anotar esse 1 aqui agora, pronto olha lá, é positivo, se não apareceu sinal nenhum é positivo. Não é isso? Legal. Então você já sabe que tem mais prótons do que elétrons, boa, se tem mais prótons do que elétrons, beleza, está faltando elétrons. Então vamos anotar aqui a nossa observação, falta de elétrons. Beleza? Parte do exercício a gente já respondeu, agora eu quero saber quantos elétrons estão faltando. Então tá aqui né, nossa equação Q, N vezes E. Qual que é a carga? 1,6 olha aparece uma letrinha nova aí. O que é este "u" estilizado? É um micro, micro, esse micro significa 10 a menos 6. Beleza? Letrinha grega aí. Beleza então, 10 a menos 6, então 1,6 elevado, aliás, 1,6 vezes 10 a menos 6. É isso? O número de partículas, número de elétrons, a gente vai descobrir e a carga elementar 1,6 10 a menos 19. Beleza. Prepara aí pra essas aulas pra frente que a gente vai usar muita a notação científica, aula importante assim. Joguei fora 1,6 joguei fora 1,6 e aí eu só passei esse 10 e menos 19 lá pra baixo dividindo. Então ficou assim, número de partículas, 10 elevado menos 6 por 10 a menos 19 e aí esse 10 a menos 19 a gente sabe que vai passar lá pra cima e o sinal dele vai ficar positivo. Então isso aqui vai ficar 10 a menos seis vezes 10 a mais 19. Soma aqueles expoentes, bases iguais soma os expoentes, 10 elevado a 13 elétrons. Então a gente sabe que estão faltando, nossa muita coisa né. Está faltando muita coisa de elétron, porque elétron é muito pequenininho, facinho arrancar, facinho jogar fora, não é isso. Então se você voltar nas alternativas lá A, B, C, D ou E? B, é isso? Boa, boa, boa, boa, boa. Tranquilinho? Sossegado? Beleza então. Vamos fazer mais um? Vamos lá, dá uma olhada no enunciado aí então: Um corpo tem 2 vezes 10 a 18 elétrons e 4 vezes 10 a 18 prótons. Como a carga elétrica de um elétron ou de um próton vale, em módulo, "e" igual a 1,6 10 a menos 19 coulombs a carga elementar pode-se afirmar que o corpo está carregado com uma carga elétrica de A, B, C, D ou E. Quantos coulombs? É isso aí galera, vamos lá então. A gente tem o número de elétrons 2 vezes 10 a 18 elétrons, prótons 4 10 a 18 prótons, a carga elementar tanto faz se é próton ou elétron, a carga é exatamente a mesma e aí eu quero saber a quantidade de carga desse corpo. Fala para mim, a carga é positiva ou negativa? 4, 10, qualquer coisa, 2, 10 qualquer coisa. elétrons ou prótons? prótons, isso tem mais prótons, então a gente já sabe que a carga é positiva, maior que zero, guarda essa informação aí, legal, legal. Vamos fazer uma continha agora? Vamos. Eu quero saber qual a quantidade de carga desse corpo. Bom, eu tenho 4, 10 a 1 8 aqui e 2, olha, esquece o 10 a 18. Se eu tivesse dois elétrons e quatro prótons, quatro prótons dois elétrons, dois desses prótons aqui iriam neutralizar esses dois elétrons e ainda sobrariam dois prótons, têm mais prótons, por isso que ele é positivo. Esses dois prótons é que vão dar esse sinal de positivo aqui para o corpo todo. Concordam? Legal. Então vamos fazer assim, esse raciocínio, eu tenho que ver quantos prótons a mais a gente tem para descobrir a quantidade de carga. Quantidade de carga é o número de cargas em excesso, número de cargas, número de partículas. Legal, então vamos fazer assim, número de prótons menos o número de elétrons. Mas não estava na fórmula. Não tem problema, a gente ia fazer essa conta no cantinho e ia colocar o resultado lá, não ia? É a mesma ideia, então quantidade vamos calcular. Número de prótons está aqui, 4 vezes 10 a 18, número de elétrons 2 vezes 10 a 18. elétrons, não elementar 1,6 10 a menos 19 é isso? Beleza então. Então a quantidade de carga aqui vai ser 4 laranjinhas menos 2 laranjinhas está fácil galera, duas laranjinhas, boa. 1, 6 10 a menos 19 faz o 2 vezes 1,6 faz. Pois assim, esse vezes esse, que lindo isso, menina você não tem noção, vai ficar lindo isso aqui, olha só ficou legal 2 vezes 1,6 isso aqui vai ficar 3,2 bases iguais soma os expoentes, isso aqui é menos 19, isso aqui vai dar 10 elevando a menos 1. 3,2 10 a menos 1 o 10 a menos 1 volta uma casinha para a esquerda, não é? Então a quantidade de carga aqui 0,32. Qual que é a unidade? Coulomb. A gente vai ver o trabalho dele mais na frente, pode ficar tranquilo, grande trabalho, trabalho bonito. Mas enquanto isso, olhá lá. 0,32 positivo ou negativo? Positivo. Por quê? Porque tem mais prótons do que elétrons. Legal isso daí? Tranquilinho? Beleza, tem alternativa para isso? Claro que tem, A,B,C,D ou E? B de bom, bom, bom, chega por hoje. Tranquilo? Legal. Faz assim apareceu alguma dúvida, volta essa aula são vários detalhezinhos importantes a gente vai usar isso lá na frente. Beleza? Então valeu galera, espero vocês na próxima aula. Tchau, tchau!