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Aula 114 — Princípio da Conservação das Cargas Elétricas

50 min

Objetivo geral

Compreender o princípio da conservação da carga elétrica como uma lei fundamental, aplicando-o a sistemas isolados de eletrização.

Objetivos específicos

  • Enunciar o princípio da conservação da carga elétrica.
  • Calcular a carga total de um sistema isolado antes e depois de um processo de eletrização, mostrando que ela se conserva.
  • Aplicar a conservação de carga para determinar cargas desconhecidas num processo de contato ou atrito.
  • Diferenciar conservação de carga (sempre vale) de "carga igual em cada corpo" (só vale para condutores idênticos em contato).

Conhecimentos prévios

  • Eletrização por atrito, contato e indução (Aulas 112-113).
  • Soma algébrica de números com sinal.

Recursos didáticos

  • Apresentação de slides — Possor_Aula114_Apresentacao.pptx.
  • Calculadora simples.
  • Quadro/lousa e material de escrita.

Desenvolvimento da aula

Acolhida e Sondagem de Conhecimentos Prévios

5 min · Ausubel — ativação de subsunçores

O professor pergunta: "quando dois corpos se eletrizam por atrito, de onde exatamente vêm as cargas que aparecem neles?" Ouvir hipóteses.

Problematização Inicial

5 min · Bachelard — obstáculo epistemológico antecipado

Perguntar: será que a quantidade TOTAL de carga do sistema (os dois corpos juntos) muda durante o processo, ou continua a mesma? Obstáculo a nomear (sem resolver ainda): achar que a conservação de carga significa que cada corpo individual fica com a mesma quantidade de carga que tinha antes, quando na verdade é a SOMA do sistema isolado que se conserva.

Desenvolvimento Conceitual

20 min · Exposição dialogada

Apresentação dos slides 2 a 8: o PRINCÍPIO DA CONSERVAÇÃO DA CARGA ELÉTRICA afirma que, em um sistema eletricamente ISOLADO (sem troca de carga com o ambiente externo), a soma algébrica das cargas elétricas permanece constante — cargas não são criadas nem destruídas, apenas transferidas de um corpo para outro dentro do sistema. Isso vale em TODOS os processos de eletrização vistos (atrito, contato, indução), mesmo quando a carga se redistribui de forma desigual entre corpos diferentes. Resolução do obstáculo do Momento 2: a divisão IGUAL de carga só acontece no caso particular de contato entre condutores IDÊNTICOS (mesma forma e tamanho) — é uma consequência da simetria geométrica, não da conservação em si. O que vale sempre, em qualquer processo, é que a SOMA TOTAL do sistema isolado não muda.

Resolução Guiada

10 min · Vygotsky — Zona de Desenvolvimento Proximal

Resolução guiada: um sistema isolado tem duas esferas com cargas +5 μC e -9 μC (soma=-4 μC); depois de um processo de eletrização entre elas, uma ficou com -3 μC — calcular a carga da outra (soma deve continuar -4 μC, logo a outra tem -4-(-3)=-1 μC). Em duplas: verificar que a soma se conserva também no caso de duas esferas idênticas com +10 μC e +4 μC postas em contato (soma inicial=14 μC; cada uma fica com 7 μC; soma final=14 μC).

Exercícios de Fixação

7 min · Prática independente

Aplicação individual (ou em duplas) da lista de exercícios de fixação (seção 8 deste plano).

Síntese e Fechamento

3 min · Consolidação (fechamento circular)

Retomar a pergunta do Momento 1: as cargas não vêm de lugar nenhum novo — elas já existiam nos átomos dos dois corpos, e o atrito apenas as redistribui, mantendo a soma total constante.

Avaliação formativa

Ao longo da aula: perguntas rápidas de verificação (Momento 3) e observação direta durante a resolução guiada (Momento 4). Ao final: correção coletiva dos exercícios.

Lista de exercícios

1. Um sistema isolado tem inicialmente duas esferas com cargas +5 μC e -9 μC. Depois de um processo de eletrização entre elas (não necessariamente com divisão igual), uma ficou com -3 μC. Qual a carga da outra?

Gabarito: Soma inicial = 5+(-9) = -4 μC; deve continuar -4 μC. Se uma ficou com -3 μC, a outra tem -4-(-3) = -1 μC.

2. Enuncie o princípio da conservação da carga elétrica.

Gabarito: Em um sistema eletricamente isolado, a soma algébrica das cargas elétricas permanece constante; cargas não são criadas nem destruídas, apenas transferidas entre os corpos do sistema.

3. Duas esferas condutoras IDÊNTICAS têm cargas +10 μC e +4 μC. Elas são postas em contato e separadas. Confira que a soma de cargas se conservou.

Gabarito: Soma inicial = 14 μC. Carga final de cada = 14/2=7 μC. Soma final = 7+7=14 μC — conservada.

4. Por que a conservação da carga vale mesmo em processos onde a carga NÃO se divide igualmente entre os corpos (como na indução)?

Gabarito: Porque a conservação é sobre a SOMA TOTAL do sistema isolado, não sobre como a carga se distribui entre os corpos individuais; a soma de todas as cargas envolvidas continua constante, mesmo quando a distribuição entre elas é desigual.

5. Um bastão de vidro atritado com um pano de seda fica com carga +Q. Qual a carga do pano de seda, e por quê?

Gabarito: -Q; porque o sistema (bastão+pano) era neutro antes do atrito (soma zero), e para a soma continuar zero depois, o pano deve ficar com carga de mesmo módulo e sinal oposto ao do bastão.

Observações e extensão

Próxima aula: Lei de Coulomb (A força entre cargas puntiformes). Nota para o professor: essa aula fecha o bloco de processos de eletrização (Aulas 111-114) e prepara para a Lei de Coulomb, que quantifica a força entre as cargas já discutidas.