CAMPO ELÉTRICO
Considere uma região no espaço que está inicialmente livre de influência de qualquer corpo eletrizado. Imagine que nessa região seja colocado um corpo eletrizado com carga Q. A presença desse corpo (Q) gera, na região ao seu redor, uma propriedade física VETORIAL que chamamos de Campo Elétrico (E)
É através do campo elétrico que as cargas, mesmo à distância, conseguem interagir e exercer força elétrica mutuamente. Observamos que quando uma carga de prova q é imersa em um campo elétrico E, ela sofre uma força elétrica Fe , a relação entre essas grandezas é dada por:
Fᵉ = q . E
Característica de E :
Intensidade : |E| = |Fᵉ|
|q|
• Direção: Mesma de Fe
• Sentido: O vetor campo elétrico sempre tem sentido de afastamento, em relação a carga Q, se esta for positiva. O vetor campo elétrico sempre tem sentido de aproximação, em relação a carga Q, se esta for negativa. Essas afirmações independem do sinal da carga de prova q.
Observações:
I. Estamos usando como notação para carga fonte (Q), a carga geradora do campo elétrico E na região e para carga de prova (q), a carga sob a influência do campo elétrico E. Deve-se entender que o campo elétrico E independe da carga de prova (q).
II. Quando a carga de prova q é positiva os vetores Fe e possuem mesma direção e sentido.
Se q é positiva (q > 0):
III. Quando a carga de prova q é negativa os vetores Fe e E possuem mesma direção e sentidos opostos.
Se q é negativa (q < 0):
IV. Unidade no Sistema internacional E : newtom/coulomb = N/C Perceba que essa unidade mostra que a intensidade do vetor campo elétrico representa o valor da força elétrica por unidade de carga. Imagine, por exemplo, que a intensidade do campo elétrico em um ponto do espaço é de |E| = 10 N/C e que nesse ponto seja colocada uma carga q = +4C, atuará nela uma força elétrica cuja intensidade é calculada por
|Fᵉ| = q .|E|
|Fᵉ| = 4.10
|Fᵉ| = 40N
Perceba que |E| = 10 N/C significa que, para cada +1C, a carga de prova q sofrerá uma força de 10N, como no exemplo tínhamos a carga q = +4C ela sofreu uma força total de 40N, se colocássemos outra carga de +8C sob influência de mesma intensidade de campo elétrico |E| = 10 N/C , ela sofreria uma força de 80N e assim em diante.
CAMPO ELÉTRICO GERADO POR UMA CARGA PUNTIFORME
Uma carga puntiforme Q, na figura abaixo, gera um campo elétrico, no ponto A, distante d, onde está colocada uma carga de prova q, que sofre uma força elétrica F.
Pela definição de campo elétrico, sabemos que:
Pela Lei de Coulomb, o módulo da força elétrica é dado por:
Substituindo, teremos a expressão para o módulo do vetor campo elétrico, gerado por uma carga puntiforme de valor Q a uma distância d.
CAMPO ELÉTRICO GERADO POR VÁRIAS CARGAS PUNTIFORMES
Em um sistema em que haja várias cargas puntiformes, para determinarmos o campo elétrico em um ponto, devemos calcular o campo elétrico gerado por cada carga e depois somarmos. O aluno deverá ter muito cuidado, pois será uma soma vetorial, já que a grandeza é vetorial.
Eʳ = E¹ + E ² + E³ … +Eⁿ
LINHAS DE FORÇA
As linhas de força são utilizadas para demonstrar o comportamento do campo elétrico em determinada região do espaço. A direção e o sentido do vetor Campo elétrico é tangente às linhas de força (ou campo), por isso jamais teremos um cruzamento das linhas, pois isso representaria duas direções possíveis de campo para um mesmo ponto do espaço.
Para uma carga pontual, a direção do campo é radial e o sentido dependente do sinal.
Além disso, a densidade de linhas de força (número de linhas que atravessam uma unidade de área) está associada à intensidade do Campo Elétrico.
Na figura abaixo, as linhas de força demonstram o comportamento do campo elétrico com duas cargas de sinais opostos.
Na figura abaixo, temos as linhas de força para duas cargas de mesmo sinal.
Linhas de força geradas por duas cargas positivas e de mesmo valor.
Linhas de força geradas por duas cargas negativas e de mesmo valor.
CAMPO ELÉTRICO NO INTERIOR DE UM CONDUTOR
Um condutor é caracterizado por ter uma mobilidade elétrica, isso acontece porque os elétrons da última camada de valência trocam de átomos com facilidade, são os chamados elétrons livres. Quando um corpo condutor é carregado, essas cargas elétricas se depositam na parte mais externa do corpo.
Fazendo uma análise mais didática, suponha uma esfera condutora e carregada, vamos representar o vetor Campo elétrico no centro do corpo.
Todo vetor será anulado pelo seu simétrico, portanto o campo elétrico no centro do condutor será zero. Esse resultado será ampliado por nós para qualquer ponto no interior do condutor, esse fenômeno também é conhecido como blindagem eletrostática.
Eⁱⁿᵗᵉʳⁱᵒʳ = 0
BLINDAGEM ELETROSTÁTICA E GAIOLA DE FARADAY
Como explicado acima, em um condutor eletricamente carregado, as cargas em excesso se distribuem pela superfície externa, gerando uma blindagem eletrostática, um famoso experimento que envolve esse fenômeno é o da Gaiola de Faraday.
Michael Faraday, em 1836, para demonstrar que um condutor eletrizado possui um campo elétrico nulo em seu interior construiu uma gaiola metálica, onde foi colocada um isolante e uma cadeira de madeira onde Faraday sentou. Ao induzir uma descarga elétrica na gaiola as cargas elétricas se distribuíram pela superfície externa da gaiola e Michael Faraday não foi atingido.
PODER DAS PONTAS
Em condutores esféricos eletricamente carregados as cargas elétricas em excesso se distribuem na superfície externa de forma homogênea, ou seja, com densidade superficial de cargas uniforme.
Entretanto para condutores que possuem regiões pontiagudas, nas pontas a densidade de cargas é maior, o que gera um campo elétrico na região externa mais intenso nessa região pontiaguda. Esse fenômeno é denominado de poder das pontas.
Detalhe:
É difícil manter eletrizado um condutor que possua regiões pontiagudas, pois essas regiões perdem cargas com maior
facilidade do que outras regiões.
PARA-RAIOS DE FRANKLIN
O objetivo para o uso de para-raios é a proteção de uma casa, um prédio, uma região, de ação prejudicial de um raio. O para-raios arquiteta um percurso seguro, da descarga elétrica principal, entre a Terra e a nuvem.
O para-raios é formado por uma haste condutora com uma extremidade pontiaguda, quando uma nuvem eletrizada se aproxima da região, ela induz nas pontas uma carga de sinal oposto. O campo elétrico, próximo as pontas, fica tão intenso que ioniza o ar e induz uma descarga elétrica através da haste até a Terra. Essa haste, cujas pontas ficam no topo dos prédios, é aterrada para conduzir a eletricidade para o solo e não danificar as construções ao redor.
EXERCÍCIOS RESOLVIDOS
01.(IFSUL) As cargas elétricas puntiformes q¹= 20µC e q²=64µC estão fixas no vácuo (k0= 9 x 10⁹ N·m²/C²)
respectivamente nos pontos A e B, conforme a figura a seguir.
O campo elétrico resultante no ponto P tem intensidade de:
a) 3,0 x 10⁶N/C
b) 3,6 x 10⁶N/C
c) 4,0 x 10⁶N/C
d) 4,5 x 10⁶N/C
e) 5,0 x 10⁶N/C
Resolução: B
Cálculo do campo elétrico E¹ no ponto P gerado pela carga q¹:
de intensidade e sentido para direita de q¹.
Cálculo do campo elétrico E² no ponto P gerado pela carga q²:
de intensidade e sentido para esquerda de q².
Cálculo do campo elétrico resultante de acordo com o esquema abaixo:
Logo, o campo resultante tem direção horizontal, no sentido de A para B, cuja intensidade é dada pela soma vetorial dos campos de cada carga em P.
Eʳ = E¹ + E² = 45 . 10⁵ N/C – 9 . 10⁵ N/C = 36 . 10⁵ N/C ∴ Eʳ = 3,6 . 10⁶ N/C
02.(UDESC) A carga elétrica de uma partícula com 2,0 g de massa, para que ela permaneça em repouso, quando colocada em um campo elétrico vertical, com sentido para baixo e intensidade igual a 500 N/C, é:
a) + 40 nC
b) + 40 µC
c) + 40 mC
d) – 40 µC
e) – 40 mC
Resolução: D
A figura mostra o campo elétrico e as forças que agem na partícula. Observe que a carga deve ser negativa, pois, a Força Elétrica deve ser para cima para que anule a força Peso, sendo assim, a Força elétrica deve ter sentido oposto ao Campo Elétrico (que na questão é para baixo) e isso ocorre apenas para cargas negativas.
A figura abaixo complementa a resolução deste Exercício.
A figura acima complementa a resolução deste Exercício.
