Eletrostática — carga, condutores e isolantes, campo e potencial elétrico
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Resumo
Carga elétrica. Propriedade da matéria; quantizada (múltiplos de e = 1,6 × 10⁻¹⁹ C) e conservada. Cargas de mesmo sinal se repelem; de sinais opostos se atraem.
Condutores e isolantes. Condutores (metais) têm elétrons livres e espalham a carga; isolantes (borracha, vidro, plástico) prendem as cargas onde foram colocadas.
Eletrização
- Atrito: corpos ficam com cargas de sinais opostos e mesmo módulo.
- Contato: corpos ficam com carga de mesmo sinal (entre esferas iguais, a carga total se divide igualmente).
- Indução: aproxima-se um indutor sem tocar; ligando o induzido à terra, ele fica com carga de sinal oposto ao indutor.
Lei de Coulomb: F = k·|q₁q₂|/d² (k ≈ 9 × 10⁹ N·m²/C² no vácuo). Dobrar a distância → força 4 vezes menor.
Campo elétrico: E = F/q (N/C ou V/m), vetorial. Carga pontual: E = kQ/d². Linhas de campo saem das positivas e chegam às negativas; carga positiva sofre força no sentido do campo, negativa no sentido oposto.
Potencial elétrico: grandeza escalar; carga pontual V = kQ/d (volt = J/C). Energia potencial Uₚ = qV. Trabalho da força elétrica: W = q(V_A − V_B). Superfícies equipotenciais são perpendiculares às linhas de campo; o campo aponta para potenciais decrescentes. Campo uniforme (placas paralelas): E = U/d.
Condutor em equilíbrio eletrostático: carga em excesso fica na superfície externa; campo interno nulo (blindagem eletrostática — gaiola de Faraday); potencial constante em todo o condutor; concentração de carga nas pontas (poder das pontas, para-raios).
Pegadinha Cebraspe. "Na eletrização por contato, os corpos adquirem cargas de sinais opostos" → errado: por contato ficam com o mesmo sinal; sinais opostos ocorrem no atrito.
Visão geral
Eletrostática explica fenômenos como o pó eletrostático e o uso de cargas na coleta de vestígios (levantamento eletrostático de pegadas em poeira).
Regra
Ver íntegra
| Grandeza | Fórmula | Natureza |
|---|---|---|
| Força | F = k·q₁q₂/d² | Vetorial, ∝ 1/d² |
| Campo | E = kQ/d² | Vetorial, ∝ 1/d² |
| Potencial | V = kQ/d | Escalar, ∝ 1/d |
| Energia potencial | Uₚ = k·q₁q₂/d | Escalar |
| Campo uniforme | E = U/d | — |
Pontos-chave
- Eletroscópio detecta carga (folhas que se afastam).
- Carga positiva abandonada em campo move-se para potencial menor.
- O trabalho entre dois pontos de uma equipotencial é nulo.
- Elétron-volt (eV) = energia de 1,6 × 10⁻¹⁹ J.
Como a banca cobra
- "A carga elétrica é quantizada" → certo.
- "Reduzindo-se à metade a distância entre duas cargas, a força entre elas quadruplica" → certo.
- "No interior de um condutor em equilíbrio eletrostático, o campo elétrico é nulo" → certo.
- "O potencial elétrico é grandeza vetorial" → errado.
- "Linhas de campo elétrico chegam às cargas positivas" → errado (saem delas).
Mapa mental
Carga
- Quantizada: e = 1,6 × 10⁻¹⁹ C
- Conservada
- Condutores × isolantes
Eletrização
- Atrito: sinais opostos
- Contato: mesmo sinal
- Indução: sinal oposto ao indutor
Coulomb e campo
- F = kq₁q₂/d²
- E = kQ/d²
- Linhas saem das positivas
Potencial
- V = kQ/d, escalar
- W = q(V_A − V_B)
- Equipotenciais ⟂ campo
- Uniforme: E = U/d
Condutor em equilíbrio
- Carga na superfície
- Campo interno nulo
- Poder das pontas
⚠️ Pegadinha
- Contato dá mesmo sinal
Questão 1, Certo ou Errado
Na eletrização por contato, os corpos adquirem cargas de sinais opostos.
Revelar gabarito
Gabarito: Errado
Errado. Na eletrização por contato, os corpos ficam com carga de mesmo sinal, e esferas iguais dividem a carga total; sinais opostos e mesmo módulo decorrem do atrito.
Questão 2, Certo ou Errado
Dobrando a distância entre duas cargas puntiformes, a força elétrica entre elas reduz-se a um quarto.
Revelar gabarito
Gabarito: Certo
Certo. Pela lei de Coulomb, F = k·|q₁q₂|/d², a força é inversamente proporcional ao quadrado da distância; dobrando d, a força fica 2² = 4 vezes menor.
Questão 3, Certo ou Errado
No interior de um condutor em equilíbrio eletrostático, o campo elétrico é nulo.
Revelar gabarito
Gabarito: Certo
Certo. No condutor em equilíbrio, a carga em excesso fica na superfície externa e o campo interno é nulo, fenômeno da blindagem eletrostática observado na gaiola de Faraday.
Questão 4, Certo ou Errado
O potencial elétrico é grandeza vetorial.
Revelar gabarito
Gabarito: Errado
Errado. O potencial é grandeza escalar, dada por V = kQ/d em carga pontual; vetoriais são a força e o campo elétrico, que possuem direção e sentido definidos.
Questão 5, Certo ou Errado
Na eletrização por atrito, os corpos ficam com cargas de mesmo módulo e sinais opostos.
Revelar gabarito
Gabarito: Certo
Certo. No atrito, há transferência de elétrons de um corpo a outro; assim, o que um perde o outro ganha, e ambos ficam com cargas iguais em módulo e opostas em sinal.
- Revelar resposta
Eletrização por atrito × contato × indução
Atrito: sinais opostos. Contato: mesmo sinal. Indução (com terra): sinal oposto ao indutor.
- Revelar resposta
Lei de Coulomb
F = k·|q₁q₂|/d²; dobrar a distância → força 4 vezes menor.
- Revelar resposta
Potencial elétrico
Grandeza escalar; V = kQ/d. Superfícies equipotenciais são perpendiculares às linhas de campo.
- Revelar resposta
Condutor em equilíbrio eletrostático
Carga na superfície externa; campo interno nulo (gaiola de Faraday); potencial constante.
- Revelar resposta
Carga elementar
Carga quantizada e conservada; e = 1,6 × 10⁻¹⁹ C.
- Revelar resposta
Campo e potencial de carga puntiforme
E = k|Q|/d² (vetor). V = kQ/d (escalar).
- Revelar resposta
Trabalho da força elétrica
W = q·(V_A − V_B); independe da trajetória (força conservativa).
- Revelar resposta
Linhas de força
Saem das cargas positivas e chegam às negativas; tangentes ao campo; nunca se cruzam.
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