Eletrostática: Enem e UFPR

Cartões · 30

Carga elementar (e)

Vale 1,6x10^-19 C; lembre-se de que a carga total de qualquer corpo é sempre quantizada pela relação Q = n.e, onde n é um número inteiro de elétrons em falta ou excesso.

Eletrização por atrito

Corpos inicialmente neutros de materiais diferentes terminam com cargas de mesmo módulo e sinais opostos. A série triboelétrica define quem doa ou recebe elétrons.

Eletrização por contato

Os corpos terminam com cargas de mesmo sinal. Se forem esferas condutoras idênticas, a carga final divide-se igualmente pela média aritmética das cargas iniciais.

Eletrização por indução

O corpo induzido termina sempre com carga de sinal oposto ao do indutor. Exige aproximação sem contato, aterramento temporário e corte do terra antes de afastar o indutor.

Condutor em equilíbrio eletrostático

O campo elétrico interno é rigorosamente nulo e o potencial elétrico é constante em todo o seu volume, inclusive no centro e na superfície.

Blindagem eletrostática (Gaiola de Faraday)

Frequente no Enem: o interior oco de um condutor fica protegido de campos elétricos externos, explicando por que o carro é seguro contra raios e aviões não queimam.

Poder das pontas

A densidade superficial de cargas e a intensidade do campo elétrico são maiores em regiões pontiagudas, princípio que fundamenta os para-raios.

Lei de Coulomb: F = k.|q1.q2|/d²

Força é inversamente proporcional ao quadrado da distância: dobrar a distância reduz a força a um quarto, não pela metade.

Natureza vetorial da força elétrica

Para mais de duas cargas, calcule os módulos isoladamente pela Lei de Coulomb e some vetorialmente; nunca faça soma puramente escalar.

Campo elétrico gerado por carga pontual: E = k.|Q|/d²

Cargas positivas geram campo de afastamento e cargas negativas geram campo de aproximação. A intensidade independe do sinal da carga de prova.

Força sobre carga de prova: F = q.E

Se q for positiva, o vetor força tem o mesmo sentido do campo elétrico; se q for negativa, a força aponta no sentido oposto ao campo elétrico.

Linhas de força (linhas de campo)

Nunca se cruzam; saem de cargas positivas e entram em cargas negativas. A densidade de linhas em uma região indica visualmente a intensidade do campo elétrico.

Campo elétrico uniforme (CEU)

Linhas de campo são retas, paralelas e igualmente espaçadas entre placas condutoras paralelas. O valor do campo é rigorosamente constante em todos os pontos.

Relação U = E.d no CEU

A ddp (U) relaciona-se à distância d medida paralelamente às linhas de campo. O campo elétrico sempre aponta do maior para o menor potencial elétrico.

Potencial elétrico de carga pontual: V = k.Q/d

Grandeza escalar; o sinal da carga entra diretamente na conta. Uma carga negativa gera potencial elétrico negativo.

Energia potencial eletrostática: Ep = k.q1.q2/d

Também escalar e com sinais das cargas incluídos. Cargas de mesmo sinal têm Ep positiva (repulsão); cargas opostas têm Ep negativa (atração).

Trabalho da força elétrica: T = q.(VA - VB)

A força elétrica é conservativa, portanto o trabalho independe da trajetória e depende apenas dos potenciais inicial e final.

Superfícies equipotenciais

Superfícies onde o potencial é constante; são sempre perpendiculares às linhas de campo. Mover uma carga sobre a mesma superfície equipotencial realiza trabalho nulo.

Movimento espontâneo de cargas

Cargas positivas movem-se espontaneamente para potenciais menores; cargas negativas movem-se espontaneamente para potenciais maiores.

Capacitância de um capacitor: C = Q/U

Capacitância mede a capacidade de armazenar carga e depende apenas da geometria do capacitor e do dielétrico, não de Q ou U.

Capacitor de placas paralelas: C = ε.(A/d)

Aumentar a área das placas ou aproximá-las aumenta a capacitância. Inserir um dielétrico sempre aumenta a permissividade ε e, portanto, a capacitância.

Energia armazenada em capacitores: E = Q.U/2 = C.U²/2

Pegadinha comum: lembre-se do fator 1/2 na fórmula. Graficamente, a energia é numericamente igual à área sob a reta do gráfico Q versus U.

Desconexão da bateria vs. Manutenção da bateria

Se o capacitor for desconectado da fonte, a carga Q permanece fixa; se permanecer ligado à bateria, a ddp U permanece fixa.

Rigidez dielétrica

Campo elétrico máximo que um isolante suporta antes de se tornar condutor. Ao ser superada, ocorre a centelha ou faísca elétrica, como no relâmpago.

Aterramento de um condutor

Aterrar não significa anular a carga líquida do corpo, mas sim igualar o seu potencial eletrostático ao da Terra, que é convencionado como zero volt.

Campo no interior de esfera oca condutora

É zero em qualquer ponto interno, mas o potencial interno é constante e idêntico ao potencial da superfície esférica (V = k.Q/R).

Campo na superfície de condutor esférico

O campo elétrico logo na superfície externa vale E = k.Q/R², mas em pontos imediatamente externos o cálculo considera a carga concentrada no centro.

Unidade de campo elétrico no SI

Pode ser expresso tanto em Newton por Coulomb (N/C) quanto em Volt por metro (V/m); ambas são dimensões equivalentes muito cobradas na UFPR.

Comportamento de corpo neutro frente a um carregado

Um corpo neutro sempre sofre atração por um corpo eletrizado devido à polarização de suas cargas (indução eletrostática local).

Diferença entre condutores e isolantes

Nos condutores os elétrons livres deslocam-se por toda a estrutura; nos dielétricos (isolantes) as cargas apenas sofrem pequenos deslocamentos, polarizando os átomos.