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Introdução ao Eletromagnetismo: Propriedades de Condutores, Notas de aula de Materiais

Neste documento, o professor gil da costa marques apresenta os materiais condutores, seus elétrons livres e o papel desempenhado pelos condutores na transferência de elétricos. O autor explica como os elétrons se movimentam em resposta a campos elétricos externos e como a gaiola de faraday serve para bloquear campos elétricos externos. Além disso, o texto aborda a importância de ter uma única tipo de carga na superfície de um condutor e o papel do fio de terra.

Tipologia: Notas de aula

2022

Compartilhado em 07/11/2022

Rio890
Rio890 🇧🇷

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O que é o Eletromagnetismo?
Autor: Prof. Gil da Costa Marques
9- MATERIAIS CONDUTORES
Os condutores são materiais compostos de átomos que exibem certa facilidade de perder
elétrons. Como visto anteriormente, alguns materiais perdem elétrons como mais facilidade do
que outros. O cobre é um bom material condutor. Por isto, os fios são feitos preferencial
desse material.
Fig.1- No interior do cobre encontramos elétrons praticamente soltos no seu interior. Estes elétrons se
comportam como se estivessem livres.
A seguir consideraremos que todos condutores são iguais e são condutores perfeitos. Com
isso admitimos que os elétrons se movem dentro do material mediante campos elétricos muito
fracos e que os elétrons têm grande mobilidade e facilidade de deixarem os átomos. Metais,
como o cobre, seriam os materiais mais próximos de um condutor perfeito.
O campo eletrostático dentro de um condutor é nulo mesmo quando aplicamos a ele um
campo externo, ou analogamente, quando próximo de uma distribuição de cargas.
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Não é difícil entender a razão para que isso aconteça. Consideremos um condutor próximo de
cargas elétricas as quais criarão um campo elétrico em todo o espaço. Com a existência de
elétrons facilmente removíveis esses elétrons deixarão os átomos e se dirigirão para a
superfície do condutor. Eles tenderão a ficar mais próximos das cargas externas se as cargas
externas tiverem o sinal positivo. Mas ficarão o mais longe possível das cargas externas se
essas tiverem sinal negativo. Movimento oposto ao dos elétrons farão os íons positivos (os
átomos que perderam elétrons).
Fig. 2- Os elétrons se movem para a superfície.
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Autor: Prof. Gil da Costa Marques

9- MATERIAIS CONDUTORES

Os condutores são materiais compostos de átomos que exibem certa facilidade de perder elétrons. Como visto anteriormente, alguns materiais perdem elétrons como mais facilidade do que outros. O cobre é um bom material condutor. Por isto, os fios são feitos preferencial desse material. Fig.1- No interior do cobre encontramos elétrons praticamente soltos no seu interior. Estes elétrons se comportam como se estivessem livres. A seguir consideraremos que todos condutores são iguais e são condutores perfeitos. Com isso admitimos que os elétrons se movem dentro do material mediante campos elétricos muito fracos e que os elétrons têm grande mobilidade e facilidade de deixarem os átomos. Metais, como o cobre, seriam os materiais mais próximos de um condutor perfeito. O campo eletrostático dentro de um condutor é nulo mesmo quando aplicamos a ele um campo externo, ou analogamente, quando próximo de uma distribuição de cargas.

E dentro  0

Não é difícil entender a razão para que isso aconteça. Consideremos um condutor próximo de cargas elétricas as quais criarão um campo elétrico em todo o espaço. Com a existência de elétrons facilmente removíveis esses elétrons deixarão os átomos e se dirigirão para a superfície do condutor. Eles tenderão a ficar mais próximos das cargas externas se as cargas

externas tiverem o sinal positivo. Mas ficarão o mais longe possível das cargas externas se

essas tiverem sinal negativo. Movimento oposto ao dos elétrons farão os íons positivos (os átomos que perderam elétrons). Fig. 2- Os elétrons se movem para a superfície.

Autor: Prof. Gil da Costa Marques Esse novo rearranjo de cargas acontecerá até que se busque uma situação de equilíbrio. Por equilíbrio entendemos a não existência de forças no interior do condutor. Não existir forças é o mesmo que não existir campos elétricos no interior do mesmo. O fato de o campo elétrico ser nulo no interior de um condutor inspirou Faraday a inventar sua famosa gaiola. A gaiola de Faraday nada mais é do que um ambiente no qual se tenha assegurado a blindagem contra campos elétricos externos. Fig. 3- Gaiola de Faraday. Não se experimenta a ação de campos elétricos no seu interior. Ou seja, o campo elétrico fica blindado. Todas as cargas elétricas livres se concentrarão na superfície do mesmo. Não existindo, assim, cargas livres no seu interior. Escrevemos, para um condutor:

 ,^ , 

livres^0

  x y z

Podemos ter só um tipo de cargas na superfície de um condutor se tomarmos a providencia de aterrá-lo. Ou seja, de ligá-lo á terra, através de um fio condutor. Por esse fio a carga se escoará para a terra. Fig. 4- O papel do fio Terra. Dentro do condutor o potencial é constante, pois o campo elétrico no interior do condutor é nulo.