LEI DE COULOMB

LEI DE COULOMB

Boas-vindas aos estudantes de Física da Escola Estadual 13 de Maio!

Sejam todos muito bem-vindos a mais um ano letivo! É com grande entusiasmo que iniciamos este novo ciclo, e é uma honra tê-los como parte dessa jornada de aprendizado.

A Física, com sua capacidade de explicar o funcionamento do universo, nos convida a explorar e entender o mundo de uma maneira única. Ao longo deste ano, teremos a oportunidade de juntos aprofundar o conhecimento, descobrir novas formas de pensar e resolver desafios complexos.

Que este ano seja muito produtivo, repleto de conquistas, superação e aprendizado. Lembrem-se de que cada passo dado em direção ao conhecimento é uma vitória. Não tenham medo de questionar, de errar e de aprender com os desafios que surgirem. Estamos aqui para apoiar e incentivar vocês em cada etapa dessa caminhada.

Desejamos a todos um ano de muito sucesso, dedicação e curiosidade. Que a Física se torne não apenas uma disciplina, mas uma paixão que os impulsione a continuar explorando e descobrindo o incrível mundo que nos cerca!

Um excelente início de ano letivo a todos!

Atenciosamente,

Prof. Henrique Moura

 

MODELOS ATÔMICOS/2025

Campo Magnético

 

É a região próxima a um ímã que influencia outros ímãs ou materiais ferromagnéticos e paramagnéticos, como cobalto e ferro.

Compare campo magnético com campo gravitacional ou campo elétrico e verá que todos estes têm as características equivalentes.

Também é possível definir um vetor que descreva este campo, chamado vetor indução magnética e simbolizado por B. Se pudermos colocar uma pequena bússola em um ponto sob ação do campo o vetor B terá direção da reta em que a agulha se alinha e sentido para onde aponta o polo norte magnético da agulha.

Se pudermos traçar todos os pontos onde há um vetor indução magnética associado veremos linhas que são chamadas linhas de indução do campo magnético. Estas são orientadas do pólo norte em direção ao sul, e em cada ponto o vetor B tangencia estas linhas.

As linhas de indução existem também no interior do ímã, portanto são linhas fechadas e sua orientação interna é do polo Sul ao polo norte. Assim como as linhas de força, as linhas de indução não podem se cruzar e são mais densas onde o campo é mais intenso.

Campo Magnético Uniforme

De maneira análoga ao campo elétrico uniforme, é definido como o campo ou parte dele onde o vetor de indução magnética B é igual em todos os pontos, ou seja, tem mesmo módulo, direção e sentido. Assim sua representação por meio de linha de indução é feita por linhas paralelas e igualmente espaçadas.

A parte interna dos imãs em forma de U aproxima um campo magnético uniforme.

Efeitos de um campo magnético sobre carga

Como os elétrons e prótons possuem características magnéticas, ao serem expostos à campos magnéticos, interagem com este, sendo submetidos a uma força magnética FM.

Supondo:

• Campos magnéticos estacionários, ou seja, que o vetor campo magnético B em cada ponto não varia com o tempo;
• Partículas com uma velocidade inicial V no momento da interação;
• E que o vetor campo magnético no referencial adotado é B;

Podemos estabelecer pelo menos três resultados:

 

Carga elétrica em repouso

"Um campo magnético estacionário não interage com cargas em repouso."

Tendo um Ímã posto sobre um referencial arbitrário R, se uma partícula com carga q for abandonada em sua vizinhança com velocidade nula não será observada o surgimento de força magnética sobre esta partícula, sendo ela positiva negativa ou neutra.

 

Carga elétrica com velocidade na mesma direção do campo

"Um campo magnético estacionário não interage com cargas que tem velocidade não nula na mesma direção do campo magnético."

Sempre que uma carga se movimenta na mesma direção do campo magnético, sendo no seu sentido ou contrário, não há aparecimento de força eletromagnética que atue sobre ela. Um exemplo deste movimento é uma carga que se movimenta entre os polos de um Ímã. A validade desta afirmação é assegurada independentemente do sinal da carga estudada.

Carga elétrica com velocidade em direção diferente do campo elétrico

Quando uma carga é abandonada nas proximidades de um campo magnético estacionário com velocidade em direção diferente do campo, este interage com ela. Então esta força será dada pelo produto entre os dois vetores, B e V e resultará em um terceiro vetor perpendicular a ambos, este é chamado um produto vetorial e é uma operação vetorial que não é vista no ensino médio.

Mas podemos dividir este estudo para um caso peculiar onde a carga se move em direção perpendicular ao campo, e outro onde a direção do movimento é qualquer, exceto igual a do campo.

• Carga com movimento perpendicular ao campo

Experimentalmente pode-se observar que se aproximarmos um ímã de cargas elétricas com movimento perpendicular ao campo magnético, este movimento será desviado de forma perpendicular ao campo e à velocidade, ou seja, para cima ou para baixo. Este será o sentido do vetor força magnética.

A intensidade de B será dada pelo produto vetorial,  que para o caso particular onde B e V são perpendiculares é calculado por:

A unidade adotada para a intensidade do Campo magnético é o tesla (T), que denomina, em homenagem ao físico iugoslavo Nikola Tesla.

Consequentemente a força será calculada por:

 

Qual é o formato da Terra? A Terra é plana? Qual é a medida da circunferência da Terra?

 

O mais absurdo que possa parecer, até hoje no século XXI tem pessoas que apesar de todo conhecimento adquirido pela humanidade ainda fazem esse questionamento. Hoje vocês irão conhecer Eratóstenes, um filosofo que entorno do ano 200 a.C.  utilizou uma informação, seu conhecimento de geometria e uma vareta para responder este questionamento, e ainda foi além medindo a circunferência da Terra.

Você ficou curioso? Tá bom, vamos conhecer estas ferramentas tão poderosas que Eratóstenes utilizou.

Eratóstenes ao ler um papiro na biblioteca de Alexandria teve a informação que em Siena, cidade ao sul de Alexandria, possuía um poço bem fundo, a qual, no dia mais longo do ano, dia 21 de junho (solstício de verão no hemisfério norte), no horário de meio dia o sol iluminava por completo o poço sem produzir sombras nas suas paredes. Para a maioria das pessoas essa informação era somente muito interessante, mas para Eratóstenes era a oportunidade de provar a circunferência da Terra.

Ele sabia que neste mesmo dia e horário em Alexandria, se ele colocasse uma vareta na posição vertical os raios solares produziriam uma pequena sombra, isto significa que um poço em Alexandria não ficaria todo iluminado como ocorre na cidade vizinha.

Eratóstenes então pensou, se eu pregasse varetas em diversas cidades e a Terra fosse plana a sombra produzida pelas varetas deveriam ser todas iguais, mas, no entanto, não era o que ele estava observando. Em Siena neste dia e horário nenhuma sombra enquanto em Alexandria produzia sombras. Eratóstenes então concluiu, que para isso ocorra, a Terra tem que ter uma curvatura, logo a Terra é redonda. Para uma melhor compreensão observe a ilustração abaixo.

 Vocês acham que ele ficou satisfeito? De forma nenhuma, ele queria medir o diâmetro da Terra. Mas como isso é possível? Ele pensou, preciso de duas informações, a distância entre as duas cidades e ângulo que a sombra faz com a vareta em Alexandria no mesmo dia e horário que o sol está a pino em Siena, iluminando todo o poço. A primeira informação, consta a lenda que ele teria contratado um homem para fazer o percurso a pé para medir a distância entre as duas cidades, confirmando a informação dos mercadores que essa distância era de 800 quilômetros.

Para obter a outra informação ele teve que utilizar o conhecimento de geometria básica, que ele adquiriu em sua formação na biblioteca de Alexandria. Primeiramente, Eratóstenes determinou experimentalmente o ângulo da sombra da vareta na vertical com os raios de sol ao meio dia em Alexandria. Considerando a linha da sombra como um segmento, teremos um triângulo retângulo, no qual, a vareta e a sombra no chão são os catetos e a linha da sombra a hipotenusa, como pode ser observado na figura.

O ângulo que o raio incidente do sol (hipotenusa) faz com a vareta (cateto) é um dos ângulos do triângulo. Eratóstenes verificou que esse ângulo correspondia a um cinquenta avos de uma circunferência, ou seja 7,2 °.

Eratóstenes concluiu, se tivesse uma vareta em Siena e outra na Alexandria e fizesse a projeção das duas elas se encontrariam no centro do globo. Por tanto, utilizando a geometria básica, observaremos que o ângulo formado pelos dois segmentos que saem do centro do globo e vão até as duas cidades, é o mesmo ângulo determinado por Eratóstenes. Lembrando que ângulos alternos internos possuem sempre a mesma medida.

Agora Eratóstenes já sabia que o ângulo entre as duas cidades era de 7,2° e a distância entre as duas cidades era de 800 quilômetros. Sabendo-se que um círculo possui 360° e que 7,2° corresponde a 800 km podemos resolver este problema com uma regra de três simples, conforme pode ser observado abaixo.

Portanto, ele chegou a um cálculo muito próximo do que é considerado hoje em torno de 40.075 Km, tendo um erro de menos de dois porcento.

Impressionante, vocês não acham? Um homem com algumas informações, umas varetas e seu conhecimento em geometria básica podem chegar a um resultado tão próximo do real, e isso a mais de 2200 anos atrás.

Um aluno mais atento pode ter ficado curioso, como eles sabiam exatamente o horário para fazer as medições no mesmo horário? Na verdade, nesta época eles usavam relógio de sol que em uma outra oportunidade vamos conversar a respeito de seu funcionamento.

E agora vocês já sabem responder as perguntas do início do texto?

 

 Autor: Henrique Moura

LISTA DE ATIVIDADES 3º BIMESTRE 2022

 AQUI

3º BIMESTRE 2022

 

3º BIMESTRE 2022.

 

Matriz energética brasileira

A matriz energética representa o conjunto de fontes de energia disponíveis no país para suprir sua demanda energética. A matriz energética brasileira é bastante diversificada, sendo composta por fontes renováveis e não renováveis de energia.

O Brasil apresenta uma das matrizes energéticas mais renováveis do mundo industrializado. Aproximadamente 43% da produção de energia no país é proveniente de fontes de energia renováveis, sendo elas a energia eólica, hidráulica, solar e biomassa (responsável pela produção de biocombustíveis, como o etanol).

→ Energia hidráulica: aproximadamente 75% da energia elétrica produzida no Brasil provém das das usinas hidrelétricas. No país, existem 140 usinas em funcionamento para a produção de eletricidade. A energia hidráulica é, portanto, a fonte renovável mais utilizada no país.

→ Biomassa: o etanol é um biocombustível produzido por meio da biomassa. No Brasil, em 2015, foram produzidos cerca de 37 bilhões de litros de etanol. O uso desse biocombustível como alternativa ao uso da gasolina (proveniente do petróleo) impediu que o Brasil emitisse cerca de 800 milhões de toneladas de gás carbônico à atmosfera nos últimos 30 anos. Em 2015, o uso da biomassa para obtenção de energia representou cerca de 8% do total de energia produzida no país.

→ Energia Eólica: de acordo com o Atlas Eólico Nacional, o Brasil é o país com a maior capacidade de produção de energia eólica da América Latina e do Caribe. O Nordeste brasileiro é a região com maior potencial para produção de energia por meio dos ventos.

→ Energia Solar: entre as fontes renováveis disponíveis, a energia solar é a fonte menos utilizada no Brasil para produção de energia elétrica. No ano de 2015, foi gerada apenas 0,01% de energia por meio fotovoltaico (placas com células fotovoltaicas que convertem energia solar em energia elétrica)

Apesar da significativa representatividade das fontes renováveis na matriz energética brasileira, o consumo de fontes de energia não renováveis no país ainda é maior que o de renováveis.

O petróleo é bastante utilizado no país para obtenção de energia. Segundo a Agência Internacional de Energia, o Brasil consumiu, no ano de 2017, cerca de 3,16 milhões de barris de petróleo por dia. Nesse mesmo ano, a produção de petróleo alcançou a marca de 2,80 milhões de barris diários.

Saiba mais: Como ocorrem a exploração e a extração do petróleo?

Segundo o Ministério de Minas e Energia, obstáculos de ordem econômica e operacional impedem a difusão do uso de fontes renováveis de energia no país. É preciso investimento tecnológico que viabilize o uso dessas fontes para que elas cheguem até a maioria da população sem altos custos.

Vantagens e desvantagens da matriz energética brasileira

1.     Vantagens

2.    • A matriz energética brasileira é uma das mais renováveis do mundo.

3.    • O uso das fontes renováveis de energia evita que o país configure entre as nações que mais emitem gases de efeito estufa.

4.    • As fontes renováveis diminuem a dependência do Brasil em relação ao uso dos combustíveis fósseis.

5.    2. Desvantagens

6.    • Apesar do grande uso de fontes renováveis no Brasil, os combustíveis fósseis ainda são a fonte de energia mais utilizada no país.

7.    • A energia eólica só pode ser produzida em regiões com bastante vento, assim como a solar só pode ser produzida no período diurno e em lugares com muita insolação, deixando a produção estagnada em alguns períodos e refletindo na economia e na produção.

8.    • Ainda são baixos os investimentos e avanços tecnológicos, não viabilizando o uso das fontes renováveis.

9.    • A energia hidráulica causa diversos impactos no meio ambiente. A instalação de usinas hidrelétricas modifica o ambiente, altera o ciclo hidrológico e biológico, assim como interfere na vida das comunidades que habitam regiões próximas.

10. Matriz elétrica brasileira

11. Há uma diferença entre matriz energética e matriz elétrica. A matriz energética compreende as fontes de energia disponíveis no país para obtenção e suprimento da demanda de energia. Já a matriz elétrica representa o conjunto de fontes de energia utilizadas, especificamente, para produção de energia elétrica. Portanto, a matriz elétrica faz parte da matriz energética.

12. A matriz elétrica do Brasil é considerada uma das mais renováveis do mundo, até mais que a matriz energética. Isso acontece porque 75% da eletricidade gerada no Brasil é proveniente das usinas hidrelétricas.

 Fonte: Matriz energética brasileira - PrePara ENEM

Lei de Coulomb

O Século XVIII se destaca por uma busca incessante por resultados em fenômenos eletrostáticos, tendo os primeiros experimentos resultados somente qualitativos como foi o trabalho de Du Fay. Os físicos encontraram muitas dificuldades na busca por resultados quantitativos envolvendo as grandezas nos fenômenos elétricos. A hipótese de que a força elétrica poderia variar com o quadrado da distância era cogitada no meio científico do final do século, mas havia a necessidade de um experimento com medidas criteriosas para verificar se hipótese era verdadeira. 

O Físico Francês Charles Augustin de Coulomb ao retornar à França em 1776, depois de nove anos como engenheiro do exército francês em serviço nas Canarias, publica diversos trabalhos científicos. O seu trabalho que hoje conhecemos como Lei de Coulomb, foi resultado de um concurso realizado pela Academia de Ciências, sobre fabricação de agulhas imantadas.

Coulomb empregou a balança de torção para testar a hipótese de existência de uma força elétrica de repulsão para carga elementar, análogo a força gravitacional de atração de Newton.

A balança de torção é um aparelho feito com uma proteção de vidro, buscando dessa forma evitar interferências externas. Possui no seu interior duas esferas metálicas afastadas por eixo que estão ligados ao fio de torção, e uma outra esfera que pode ser controlada externamente. Além disso, há uma fita graduada onde pode ser observado o deslocamento da esfera

Uma esfera condutora de carga é inserida no interior do aparelho e toca em duas outras, sendo uma fixa e outra móvel, que ficam eletrizadas e se repelem. A esfera móvel ao se afastar da fixa provoca uma torção no fio de suspensão e depois de algumas oscilações assume uma posição de equilíbrio. A força de torção é diretamente proporcional ao ângulo de torção do fio. A distância entre as esferas pelo arco correspondente ao ângulo lido na escala graduada, permite obter uma primeira relação entre o módulo da força eletrostática e a distância entre os centros das esferas. Torcendo-se o fio de suspensão por meio de um botão de ajuste micrométrico da balança produz-se um aumento na força de torção provocando uma nova posição de equilíbrio e assim obter uma segunda relação levando-se em conta que o ângulo de torção total é o resultado da soma do ângulo de torção do micrômetro com aquele correspondente à separação entre as duas esferas. Dessa forma, ele concluiu que, se forem colocadas duas esferas com cargas separadas por uma distância, estas podem se atrair ou repelir conforme os sinais desta carga, como já determinado na Lei de Du Fay, tendo estas forças a mesma intensidade e mesma direção, porém no sentido contrário, sendo a força inversamente proporcional ao quadrado da distância entre as esferas com cargas, sendo a equação expressa da seguinte forma: