terça-feira, 8 de maio de 2012

Eletrostática

Eletrostática ou electrostática é o ramo da eletricidade que estuda as propriedades e o comportamento de  cargas eletricas 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.

Histórico

O estudo científico da eletrostática não é dividido em três partes como muita gente pensa, : atrito, contato e indução. O fenômeno eletrostático mais antigo conhecido é o que ocorre com o âmbar amarelo no momento em que recebe o atrito e atrai corpos leves.
Tales de Mileto, no século VI. C já conhecia o fenômeno e procurava descrever o efeito da eletrostática no âmbar. Também os indianos da antiguidade aqueciam certos cristais que atraiam cinzas quentes atribuindo ao fenômeno causas sobrenaturais. O fenômeno porém, permaneceu através dos tempos apenas como curiosidade.
No século VXI, Gilbert utilizou a palavra "eletricidade", esta derivada da palavra grega elektron que era o nome que os gregos davam ao âmbar. Gilbert reconheceu que a propriedade eletrostática não era restrita ao âmbar amarelo, mas que diversas outras substâncias também o manifestavam, entre estas diversas resinas,vidros, enxofre, entre outros compostos sólidos. Através do fenômeno da eletrostática nos sólidos, observou-se a propriedade dos materiais isolantes e condutoresm
Otto von Guericke inventou o primeiro dispositivo gerador de eletricidade estática, este era constituído de uma esfera giratória composta de enxofre com o qual foi conseguida a primeira centelha elétrica através de máquinas.
Gray, em 1727, notou que os condutores elétricos poderiam ser eletrizados desde que estivessem isolados. Du Fay descobriu que existiam dois tipos de eletricidade, a vítrea, e a resinosa, a primeira positiva e a segunda negativa.
Petrus Van Musschenbroek em 1745 descobriu a condensação elétrica ao inventar a garrafa de Leyden, o primeiro capacitor, que permitiu aumentar os efeitos das centelhas elétricas. Garrafas de Leyden são usadas até os dias de hoje em Máquinas Eletrostáticas como a Máquina de Wimshurst.
Benjamin Franklin, com sua experiência sobre as descargas atmosféricas, demonstrou o poder das pontas inventando o pára-raios, porém foi Coulomb quem executou o primeiro estudo sistemático e quantitativo da estática demonstrando que as repulsões e atrações elétricas são inversamente proporcionais ao quadrado da distância, em 1785. Descobriu ainda o cientista, que a eletrização ocorrida nos condutores é superficial.
Os resultados obtidos por Coulomb foram retomados e estudados por Laplace, Poisson, Biot , Gauss e Faraday .

Princípios da eletrostática

Segundo o princípio da conservação da carga elétrica, num sistema eletricamente isolado é constante a soma algébrica das cargas elétricas. Já segundo o princípio da atração e repulsão de cargas, cargas de mesmos sinais se repelem e cargas de sinais opostos se atraem.

Ferramentas

  • Q: quantidade de cargas (C)
  • n: prótons em excesso
  • -n: elétrons em excesso
  • e: carga elementar
  • t: tempo (s)
  • I: intensidade da corrente elétrica (A)
  • Carga elétrica elementar (e): e = -1,6 \times 10^{-19}
  • Próton: +e
  • Elétron: -e

Fórmulas

  • Para se medir a quantidade de carga de um corpo, usa-se: Q = n \times e
  • Para calcular a intensidade da corrente elétrica,utiliza: I = Q / \Delta t ou I = n \times e / \Delta t

Energia

A energia eletrostática é a energia fornecida por uma distribuição de cargas elétricas estáticas. Nessa distribuição, o trabalho necessário para mover uma determinada carga de lugar ou adicionar outra é devido à energia eletrostática armazenada à configuração.
A energia eletrostática também é conhecida como a energia potencial de um sistema, e não deve ser confundida com o potencial elétrico  associado à distribuição de carga. Para evitar confusão, o nome energia potencial deve ser cuidadosamente empregado em eletrostática.

Cálculo

Para duas cargas cargas:
U=\frac{1}{4\pi\epsilon_{0}}\frac{q_{1}q_{2}}{r_{12}} ,
onde \epsilon_{0} é a constante de permissividade eletrica no vacuo e r_{12} é a distância entre as cargas.
A energia total de uma configuração de n cargas, pelo princípio da superposição, é a soma das interações mútuas de cada par de cargas elétricas:
U=\frac{1}{4\pi\epsilon_{0}}\sum_{i=1}^n\sum_{j>1}^n \frac{q_{i}q_{j}}{r_{ij}} .
O potencial elétrico  V é definido como a energia potencial por unidade de carga:
V=\frac{U}{q_{0}}.
Para uma distribuição contínua de cargas, como numa densidade volumétrica de carga \rho, podemos definir a energia em função do potencial elétrico:
U=\frac{1}{2}\int \rho V d \tau .

Guilherme , Rinna , William e Mariana.
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