Fisica3 (Eletromagnetismo)

CAMPOS ELÉTRICOS 35
carga negativa se acumule na placa condutora P 2 • As placas criam um campo elétrico
E na câmara C dirigido verticalmente para baixo. De acordo com a Eq. 22-28, o
campo exerce uma força eletrostática sobre qualquer gota carregada que penetre na
câmara C, afetando seu movimento. Em particular, nossa gota negativamente carregada
tende a se mover para cima.
Observando o movimento das gotas de óleo com a chave aberta e com a chave
fechada e usando a diferença para calcular o valor da carga q de cada gota, Millikan
descobriu que os valores de q eram sempre dados por
q = ne, paran = O, ::t::l, ::t::2, ::±::3, ... , (22-29)
em que e é a constante que mais tarde foi chamada de carga elementar e tem o valor
de 1,60 X 10- 19 C. O experimento de Millikan constitui uma prova convincente
de que a carga elétrica é quantizada; o cientista recebeu o Prêmio Nobel de física
de 1923 em parte por esse trabalho. Atualmente, são usados outros métodos para
medir a carga elementar, mais precisos que o utilizado nos experimentos pioneiros
de Millikan.
Impressoras Jato de Tinta
A necessidade de impressoras mais rápidas e de alta resolução levou os fabricantes
a procurar alternativas para a impressão por impacto usada nas antigas máquinas
de escrever. Uma das soluções encontradas foi o emprego de campos elétricos para
controlar o movimento de pequenas gotas de tinta. Alguns modelos de impressoras
jato de tinta utilizam este sistema.
A Fig. 22-15 mostra uma gota de tinta negativamente carregada que se move
entre duas placas defletoras usadas para criar um campo elétrico uniforme, dirigido
para baixo. De acordo com a Eq. 22-28, a gota é desviada para cima e atinge o papel
em uma posição que depende do módulo de E e da carga q da gota.
Na prática, o valor de E é mantido constante e a posição da gota é determinada
pela carga q fornecida à gota por uma unidade de carregamento pela qual a gota passa
antes de entrar no sistema de deflexão. A unidade de carregamento, por sua vez, é
controlada por sinais eletrônicos que definem o texto ou desenho a ser impresso.
Ruptura Dielétrica e Centelhamento
Quando o módulo do campo elétrico no ar excede um valor crítico Ec, o ar sofre uma
ruptura dielétrica, processo no qual o campo arranca elétrons de átomos do ar. Com
isso, o ar se torna um condutor de corrente elétrica, já que os elétrons arrancados são
postos em movimento pelo campo. Ao se moverem, esses elétrons colidem com outros
átomos do ar, fazendo com que emitam luz. Podemos ver o caminho percorrido pelos
elétrons graças à luz emitida, que recebe o nome de centelha. A Fig. 22-16 mostra as
centelhas que aparecem na extremidade de condutores metálicos quando os campos
elétricos produzidos pelos fios provocam a ruptura dielétrica do ar. ~
G
e
Sinais de
entrada
Placa defletora
Placa
defletora
Figura 22-15 Representação
esquemática de um tipo de impressora
jato de tinta. Gotas de tinta são
produzidas no gerador G e recebem
uma carga na unidade de carregamento
C. Um sinal elétrico proveniente de um
computador controla a carga fornecida
a cada gota e, portanto, o efeito de um
campo constante Ê sobre a gota e a
posição em que a gota atinge o papel.
Figura 22-16 Centelhas aparecem na
extremidade de condutores metálicos
quando os campos elétricos produzidos
pelos fios provocam a ruptura dielétrica
do ar. (Adam Hart-Davis!Photo
Researchers)
Exemplo
Movimento de uma partícula carregada na presença de um campo elétrico
A Fig. 22-17 mostra as placas defletoras de uma impressora
jato de tinta, com eixos de coordenadas superpostos.
Uma gota de tinta com uma massa m de 1,3 X 10- 10 kg
e uma carga negativa de valor absoluto Q = 1,5 X 10- 13
C penetra na região entre as placas, movendo-se inicialmente
na direção do eixo x com uma velocidade vx = 18
m/s. O comprimento L de cada placa é 1,6 cm. As placas
estão carregadas e, portanto, produzem um campo elétrico
em todos os pontos da região entre elas. Suponha que
esse campo E esteja dirigido verticalmente para baixo, seja
uniforme e tenha um módulo de 1,4 X 10 6 N/C. Qual é a
deflexão vertical da gota ao deixar a região entre as placas?
(A força gravitacional é pequena em comparação com a
força eletrostática e pode ser desprezada.)