AULA 1 - Eletricidade - 2021

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Eletromagnetismo Prof. : Luiz Fernando Física III [email protected]

Aula 1

SUMÁRIO: Introdução: ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 4 Apresentação --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 5 História da Física: ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 6 Linha do Tempo: ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 6 Grandes Feitos: ----------------------------------------------------------------------------------------------------------- 6 Tales de Melito ----------------------------------------------------------------------------------------------------- 7 William Gilbert ----------------------------------------------------------------------------------------------------- 8 Otto von Guericke ------------------------------------------------------------------------------------------------- 9 Stephen Gray ------------------------------------------------------------------------------------------------------- 10 Benjamim Franklin ------------------------------------------------------------------------------------------------ 11 Alessandro Volta --------------------------------------------------------------------------------------------------- 12 Linha do Tempo: ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 13 Modelo Atômico: --------------------------------------------------------------------------------------------------------- 13 GREGOS --------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 14 Dalton; ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 15 Thomson; ------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 16 Experimento #1 --------------------------------------------------------------------------------------------- 17

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SUMÁRIO: Experimentos #2 -------------------------------------------------------------------------------------------- 18 Experimentos #3 -------------------------------------------------------------------------------------------- 19 Rutherford ---------------------------------------------------------------------------------------------------------- 20 Experimento #4 ---------------------------------------------------------------------------------------------- 21 Bohr ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 22 Schrödinger ---------------------------------------------------------------------------------------------------------- 23 Qual modelo usaremos? ----------------------------------------------------------------------------------------------------------- 24 Estrutura do Átomo: --------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 25 Bibliografia ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 27

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INTRODUÇÃO • Disciplinas: • Eletrostática • Eletrodinâmica • Magnetismo • Método de Ensino: • Interdisciplinaridade • Experimentos • Listas de Exercícios • Apostilas • Slides 4

Apresentação E-MAIL’s: [email protected] (֎Principal) [email protected] Formação Acadêmica: • Instituto Superior do Estado do Rio de Janeiro (Pedagogia) - ISERJ • Universidade Estadual do Estado do Rio de Janeiro (Física) - UERJ YOUTUBE: https://www.youtube.com/channel/UC8Q22-1UOB9-M4ZxkkixPOw Site [GOOGLE]: https://classroom.google.com/c/NjQzOTYxNDkwMDla?cjc=qk4g5ig (código – qk4g5ig) https://meet.google.com/ibb-sage-cua?pli=1&authuser=0 (código – ibb-sage-cua) https://meet.google.com/yru-hqjs-ohv (Pré-Ganga Zumba: código – yru-hqjs-ohv) WHAT’SAPP: (21) 9 8828 – 0164 (Oi)

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DEFINIÇÃO DE ELETROSTÁTICA ➢É um campo da Física que estuda as cargas elétricas em repouso. Iremos nas próximas aulas ver exemplos e sua aplicabilidade sobre eletrostáticas no nosso cotidiano. Primeiro começaremos falando sua História dos Grandes Feitos até a sua atomicidade. Em seguida, iremos falar dos seus processos passando pelo Campo Elétrico e finalizando em Campo Elétrico Uniforme. Deixarei como sugestões alguns vídeos com experimentos, aplicabilidade e com uma nova abordagem do assunto tratado.

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HISTÓRIA DA FÍSICA: Grandes Feitos [LINHA DO TEMPO]

Século VI a.C. TALES DE MELITO ESFREGOU UMA PEDRA DE ÂMBAR

Século XVII d.C. WILLIAM GILBERT PRIMEIRO A USAR O TERMO “ELÉTRICO”

Século XVII Século XVIII Século XVIII d.C. d.C. d.C.

Século XIX d.C.

STEPHEN GRAY

BENJAMIM FRANKLIN

ALESSANDRO VOLTA

PIONEIRO NOS MATERIAIS CONDUTORES

DESCOBERTA DAS PARTÍCULAS

PILHA INTERCALADA

OTTO VON GUERICKE MÁQUINA QUE ELETRIZA CORPOS

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HISTÓRIA DA FÍSICA: • Quando o antigo filósofo grego TALES DE MILETO, no século VI a.C., notou que uma resina vegetal fóssil petrificada chamada âmbar, atritado com a pele de um animal ou tecido qualquer, adquiria a propriedade de atrair objetos leves. A palavra deriva do termo em neolatim "ēlectricus", que por sua vez deriva do latim clássico "electrum", "amante do âmbar", termo esse cunhado a partir do termo grego ήλεκτρον (elétrons) no ano de 1600 é traduzido para o português como âmbar.

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HISTÓRIA DA FÍSICA: • WILLIAM GILBERT (1600) - verificou que várias outras substâncias atritadas tinham o mesmo comportamento do âmbar e o primeiro a usar o termo “elétrico” derivando-o de elektron (âmbar em grego).

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HISTÓRIA DA FÍSICA: • Um Físico alemão chamado de OTTO VON GUERICKE, no século XVII, inventou uma máquina capaz de eletrizar os corpos. Otto colocava enxofre no caldeirão para, em seguida, rodar o caldeirão para eletrizar o conteúdo. Depois desse processo ele fazia experimentos em apresentações públicas.

Reprodução do experimento com materiais atuais: Otto von Guericke's Electrostatic Generator https://www.youtube.com/watch?v=odce4SrcYoA

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HISTÓRIA DA FÍSICA: • STEPHEN GRAY (1730) – Primeiro a caracterizar condutor e isolante (dielétricos). Descobriu que era possível eletrizar um corpo por contato com outro corpo já eletrizado. Stephen Gray era um próspero tingidor de seda de Cantebury (SUDESTE DA INGLATERRA). Ele estava habituado a ver faíscas elétricas saltarem da seda e elas o fascinavam. Stephen Gray construiu uma estrutura de madeira e na haste superior ele pendurou dois balanços usando corda de seda. Ele também tinha um aparelho , uma máquina Hauksbee, para gerar eletricidade estática. Com uma grande plateia presente, ele pôs um dos órfãos que viviam lá, para se deitar entre os dois balanços. Gray colocou algumas folhas de ouro na frente do menino. Depois, ele gerou eletricidade e eletrificou o garoto por uma barra de ligação (biela). Folhas de ouro, até penas, saltavam rumo aos dedos do garoto. Puro espetáculo. Mas para a mente curiosa e inquisitiva de Stephen Gray, isto também significava outra coisa... a eletricidade podia se mover, da máquina para o corpo do garoto, através de suas mãos. Mas a corda de seda a detinha. Significava que o misterioso fluido elétrico poderia propagar-se por algumas coisas... e outras não. Isso levou Gray a dividir o mundo em dois diferentes tipos de substâncias, chamadas isolantes e condutoras. As isolantes detinham a carga elétrica em seu interior não a deixavam passar, como a seda, o cabelo, vidro e resina, enquanto as condutoras permitiam que a eletricidade se propagasse, como o garoto ou metais.

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HISTÓRIA DA FÍSICA: • BENJAMIM FRANKLIN, no século XVIII, estudou a natureza elétrica dos raios. Conhecido pelo experimento da pipa, foi atribuído as cargas positivas e negativas.

Criou a Tabela de Série Triboelétrica, que veremos na AULA - 3.

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HISTÓRIA DA FÍSICA: • ALESSANDRO VOLTA – no início do século XIX, percebeu que ao montar uma pilha intercalando alguns metais e colocando entre os metais os ácidos e nesse conjunto obtivera uma corrente constante e não apenas descargas elétricas.

Apresentação do Experimento [min. :1:35]: https://www.youtube.com/watch?v=axud8v0ThqU

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HISTÓRIA DA FÍSICA: Modelos Atômicos[LINHA DO TEMPO]

460 A.C. ~ 370 A.C. DEMÓCRITO LEUCIPO TEORIA DOS QUATRO ELEMENTOS

1766 D.C. ~ 1844 D.C.

1897 D.C.

1910 D.C.

Atual

DALTON

THOMSON

RUTHERFORD

SCHROEDINGER

MODELO BOLA DE BILHAR

MODELO PUDIM DE PASSAS

MODELO RUTHERFORDBOHR

MODELO QUÂNTICO

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Modelo Atômico: GREGOS (Século:V - a.C.) ➢ O mundo seria formado pela combinação dos 4 elementos básicos: ÁGUA, TERRA, FOGO E AR - (Aristóteles); ➢ A palavra átomo do grego que significa indivisíveis.(Demócrito e Leucipo)

➢ Características: ❑ Eternos; ❑ Indestrutíveis. ➢ Lei de Lavoisier ou Lei da Conservação de Massa: AUTOR DA FRASE: “Na natureza nada se cria e nada se perde, tudo se transforma”. Podemos dizer que na natureza a soma total das massas das espécies envolvidas em uma reação (reagentes), é igual à soma total das massas das substâncias produzidas pela mesma reação (produtos), sendo assim em um sistema fechado a massa total permanece constante.

o Foi Abandonada, por causa da descoberta de Dalton.

o NÃO É UM MODELO

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Modelo Atômico: John DALTON (1803 e 1808) ➢ Conhecido como o Modelo da Bola de Bilhar; ➢ Características: ❑ Maciço; ❑ Esféricas; ❑ Indivisíveis. ➢ Lei das Proporções Definidas ou Lei de Proust: Joseph Louis Proust, dizia que toda substância apresenta uma proporção em massa constante na sua composição.

o Foi Abandonada, pois com a descoberta dos elétrons e da radioatividade (o átomo é divisível).

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Modelo Atômico: Joseph John THOMSON (1897) ➢ Conhecido como o Modelo Pudim de Passas; ➢ Características: ❑NÃO é Maciço; ❑Eletricamente neutra; ❑A carga elétrica possui: elétrons e prótons; ❑Indestrutíveis. ➢ Descoberta dos elétrons (raios catódicos) e da radioatividade.

o Foi Abandonada por causa dos resultados do experimento de Rutherford.

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1° - Experimentos: A partir dela, pode-se concluir: a corrente elétrica não é interrompida quando o ar é retirado do tubo;

1. como não há nenhum material entre os eletrodos para que a corrente possa continuar passando, deve ter se estabelecido uma espécie de “ponte” entre os mesmos; 2. a essa “ponte” foi dado o nome de raios catódicos (já que o feixe parte do cátodo).

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2° - Experimentos: Para determinar se a “ponte” possuía massa, foi colocada uma ventoinha entre o cátodo e o ânodo. Como a ventoinha se movimentou, ficou comprovada a existência de massa nos raios. Faltava apenas determinar a existência de carga nos mesmos.

CÁTION: Quando um átomo (ou molécula) perde elétrons, ele adquire carga positiva. ÂNION: Quando um átomo (ou molécula) ganha elétrons, ele adquire carga negativa.

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3° - Experimentos:

Para a determinação da carga, foram instaladas no tubo duas placas carregadas com cargas opostas e paralelas. Como podemos observar na imagem ao lado: Como o feixe sofreu desvio na direção da placa positiva, ficou comprovado que a carga do feixe era negativa. Este experimento foi repetido para diversos tipos de metais nos eletrodos e foi constatado sempre o mesmo comportamento. A partir daí, concluiu-se a existência do elétron.

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Modelo Atômico: Ernest RUTHERFORD (1911) ➢Conhecido como o Modelo Sistema Planetário; ➢Características: ❑Elétrons girando ao redor do núcleo central; ❑Núcleo central positivo (pequeno e denso); o Foi Abandonada, pois uma lei Física diz que um elétron em movimento circular uniforme irá perder energia até cair no núcleo.

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4° - Experimentos:

Resumidamente, a experiência constituiu-se em bombardear uma finíssima lâmina de ouro com um feixe de partículas alfa provenientes de uma amostra de polônio, como pode ser observado a seguir. Os resultados obtidos podem ser assim listados: 1. A grande maioria das partículas atravessam a lâmina sem sofrer qualquer desvio; 2. Apenas algumas partículas desviaram ou até retrocederam.

A partir dessas observações pôde-se concluir que o átomo seria formado por: 1. Um pequeno núcleo denso e positivo; 2. Uma enorme região vazia onde encontram-se os elétrons; 3. As cargas positivas eram os prótons.

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Modelo Atômico: Niels Henry David BOHR (1913) ➢ Conhecido como o Modelo Órbitas Estacionárias; ➢ Características: ❑Elétrons parados ao redor do núcleo central; ❑A eletrosfera é dividida em 7 camadas;

o Foi Abandonada, pois só explicava o átomo de hidrogênio. Foi aperfeiçoado por Sommerfeld, que notou: “a luz emitida pelo elétron, ao saltar par um nível menos energético, é composta de ‘luzes’ mais simples.

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Modelo Atômico: Erwin SCHRÖRINDER (1926) ➢Conhecido como o Modelo Quântico; ➢Características: ❑Nuvem eletrônica: local ao qual existe a probabilidade de um elétron está em uma determinada posição e velocidade que supomos estar, chamado de PROBABILIDADE DA INCERTEZA; ❑Núcleo central positivo (pequeno e denso); o Modelo Atual.

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Qual modelo usaremos? Aqui utilizaremos o modelo ao lado, pois mesmo sendo um pouco parecido com o modelo atual, é mais simples para explicarmos alguns casos ou fenômenos que estudaremos. Iremos usar o modelo de RUTHERFORD-BOHR.

Aplicabilidade da eletrólise [min. : 4:32]:

https://www.youtube.com/watch?v=i46bQs89sAM

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Estrutura do Átomo O átomo é a menor parte da matéria que constitui um corpo. Os átomos são constituídos por três partículas subatômicas fundamentais, que são: • elétrons: são cargas negativas (-); • prótons: são cargas positivas (+); • nêutrons: são as cargas nula (0).

O elétron gira sobre seu eixo (spin eletrônico) e ao redor do núcleo de um átomo (rotação orbital), em trajetórias de camadas concêntricas, ou seja, são camadas que possuem um centro em comum conforme observamos a figura.

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Estrutura do Átomo: Constitui um NÚCLEO com nêutrons e prótons. E possui uma NUVEM ELETRÔNICA que representa a região do elétrons ao qual ele gira.

Continuaremos na próxima aula: 27

BIBLIOGRAFIA I. APOSTILAS: • ANGÉLICO, Paulo Roberto. Caderno: FÍSICA-3. Londrina-PR. • FERREIRA, João Carlos Gonçalves; GODOY, Mauro Alvim. Apostila: FÍSICA. Editora:Teth LTDA: Tijuca-RJ, 2008. • MONTEIRO, Marco Aurélio Alvarenga, organizador. Ciências da Natureza: FÍSICA.2a. ED.-Vol.4- São Paulo - SP: Cultura Acadêmica, 2016.

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BIBLIOGRAFIA II. LIVROS: • BISCUOLA, Gaulter José; BÔAS, Newton Villas; DOCA, Ricardo Helou. FÍSICA 3: Eletricidade & Magnetismo. -2ª Ed.- São Paulo - SP: Saraiva, 2013. ISBN: 978-8535704044. • CALÇADA, Caio Sérgio; SAMPAIO, José Luiz; TOLEDO SOARES, Paulo Antônio. Física Clássica: Volume Único. São Paulo - SP: Atual, 2003. ISBN: 978-8535715521. • HEWITT, Paul G. Fundamentos de Física Conceitual. Porto Alegre - RS: Bookman, 2009. ISBN: 978-85-7780-275-3. • PENTEADO, Paulo Cézar M. Física: Conceitos e Aplicações. São Paulo - SP: -2ª Ed.- Moderna, 1993. ISBN: 9788516107338.

• RAMALHO JÚNIOR, Francisco; NICOLAU, Gilberto Ferrero; TOLEDO SOARES, Paulo Antônio. Fundamentos da Física 3. 6a ED. São Paulo - SP: Moderna, 1993. ISBN: 85-16-00918-1.

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BIBLIOGRAFIA III. SITES: • BOARO, Marcelo. Eletricidade e Magnetismo. Física e Vestibular, 2020. Disponível em: Acessado em: 18 de abril de 2020, 19:39:45. • Associação de Resistores. ProENEM, 2020. Disponível em: Acessado em: 18 de abril de 2020, 20:20:12. • Aulão Live: Tensão, Corrente, Potência, Resistência | Isolamento social. Disponível em: Acessado em: 27 de setembro de 2020, 17:09:33.

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