Quando um corpo ou partícula com carga elétrica Q está em algum lugar do espaço, mesmo que não exista(m) outro(s) corpo(s) ou partícula(s) que possa interagir, essa carga elétrica Q já causa influência na região do espaço ao seu redor, de modo que cada ponto em seu entorno está associado a um vetor que representa a eminente ação de Q em outro(s) corpo(s) ou partícula(s), também com carga elétrica, que venha(m) a entrar naquela região.
O conjunto desses vetores nos pontos do espaço sob influência de Q é chamado de Campo Elétrico. Cada vetor em determinado ponto do espaço é chamado de "vetor campo elétrico".
Quando a carga elétrica Q for positiva, os vetores do campo elétrico E nos pontos ao seu redor apontam radialmente para fora. Quando Q for negativa, os vetores apontam radialmente para dentro.
As linhas imaginárias em que os vetores campo elétrico E tem em certos pontos a mesma direção dessas linhas (trechos retilíneos), ou tem a direção da reta tangente aos pontos dessas linhas (trechos curvos) são chamadas de linhas de campo.
Abaixo mostramos um vetor campo elétrico EM com a mesma direção da linha de campo no ponto M (trecho retilíneo da linha), e tangente à linha de campo EP no ponto P (trecho curvo da linha):
As linhas de campo têm os seguintes aspectos quando temos duas partículas com carga elétrica:
a) Uma partícula +Q e a outra -Q:
b) As duas partículas +Q:
c) As duas partículas -Q:
Questão
A figura mostra as linhas de campo entre uma partícula com carga elétrica Q e outra q (|Q| > |q|):
I. Qual o sinal da carga elétrica de Q e q?
II. Qual dos vetores melhor representa o campo elétrico no ponto P?
Resolução:
I. Q é positiva, pois as linhas de campo partem dela, enquanto q é negativa, pois as linhas de campo chegam até ela.
II. Se observarmos a linha de campo que passa em P, ela está na vertical, e seguindo para q, logo o campo elétrico E tem direção vertical, e sentido para baixo.
Assim, a melhor opção é a d).
O módulo do vetor campo elétrico E em determinado ponto P depende apenas do valor de Q, e da distância d que separa P de Q, e é dado por:
Abaixo mostramos um vetor campo elétrico EM com a mesma direção da linha de campo no ponto M (trecho retilíneo da linha), e tangente à linha de campo EP no ponto P (trecho curvo da linha):
As linhas de campo têm os seguintes aspectos quando temos duas partículas com carga elétrica:
a) Uma partícula +Q e a outra -Q:
b) As duas partículas +Q:
c) As duas partículas -Q:
Questão
A figura mostra as linhas de campo entre uma partícula com carga elétrica Q e outra q (|Q| > |q|):
I. Qual o sinal da carga elétrica de Q e q?
II. Qual dos vetores melhor representa o campo elétrico no ponto P?
Resolução:
I. Q é positiva, pois as linhas de campo partem dela, enquanto q é negativa, pois as linhas de campo chegam até ela.
II. Se observarmos a linha de campo que passa em P, ela está na vertical, e seguindo para q, logo o campo elétrico E tem direção vertical, e sentido para baixo.
Assim, a melhor opção é a d).
O módulo do vetor campo elétrico E em determinado ponto P depende apenas do valor de Q, e da distância d que separa P de Q, e é dado por:
Onde K é a constante eletrostática do meio onde a carga elétrica se encontra. É a mesma que vimos na Lei de Coulomb. Para o vácuo, K=9 . 109Nm2/C2. I
Imagine uma partícula com carga elétrica positiva Q = 5,0μC. Agora queremos determinar o vetor campo elétrico no ponto P, distante 3,0m de Q:
O vetor campo elétrico EP tem direção radial, e sentido para fora:
Seu módulo é dado, por:
Assim:
Agora imagine uma outra partícula com carga elétrica q= 1,5μC colocada exatamente sobre o ponto P. Qual seria a força elétrica Fe sobre ela?
Poderíamos usar a Lei de Coulomb para calculá-la, mas como já conhecemos o vetor campo elétrico em P, que representa a ação de Q sobre outra partícula carregada eletricamente colocada ali, basta multiplicar q por E:
Perceba que, se q for positiva, a força elétrica Fe terá o mesmo sentido do vetor campo elétrico EP, para fora. Se que q for negativa, a força elétrica Fe terá sentido oposto a EP, para dentro.
Assim, usando os valores de q e EP, teremos:
Logo:
Caso mais de uma partícula com carga elétrica produza um vetor campo elétrico no ponto P, por exemplo, Q1 e Q2, o campo elétrico resultante ER em P corresponde a soma vetorial dos vetores campo elétrico E1 e E2, produzidos por Q1 e Q2, respectivamente.
Exemplo:
A figura abaixo mostra duas partículas, A e B, com cargas elétricas QA = -6,0μC e QB = 2,0μC, fixas e alinhadas sobre o eixo x:
a) Determine o campo elétrico resultante ER em x=3m.
b) Se uma partícula com carga elétrica q=1,0μC for colocada na posição x=3m, qual será a força elétrica Fe sobre ela?
Resolução:
a) Vamos calcular as intensidades dos vetores campo elétrico produzido por QA e QB:
A distância entre QA e x=3 é de 3m, logo:
A distância entre QB e x=3 é de 1m, logo:
Assim:
O campo elétrico resultante ER no ponto x=3m, é:
b) Como já conhecemos o vetor campo elétrico resultante ER no ponto x=3m, a força elétrica Fe sobre uma partícula com carga elétrica q=1,0μC naquele ponto, será:
Campo Elétrico Uniforme
Imagine duas placas condutoras eletrizadas com a mesma quantidade de carga elétrica, mas de sinais opostos, Q e -Q, separadas por um material isolante (dielétrico), e ligadas a uma fonte (bateria), que produz uma diferença de potencial elétrico ΔU (voltagem) entre elas:
Considere agora um ponto P entre essas placas. Embora os campos elétricos produzidos por cada placa sobre P, E+ (produzido pela placa positiva) e E- (produzido pela placa negativa) variarem conforme a distância de P a cada placa, a soma deles é sempre constante; logo, o vetor campo elétrico resultante ER em qualquer ponto entre as placas é constante:
Se tratarmos o campo elétrico resultante simplesmente por E, ficaria assim:
Em qualquer ponto entre as placas o campo elétrico E é um vetor com a mesma intensidade, direção e sentido. Dizemos então que naquela região o campo elétrico é uniforme.
Na realidade, nas bordas das placas o campo elétrico perde a sua uniformidade devido ao chamado efeito de borda, e as linhas de campo sofrem distorções.
Estruturas formadas por placas paralelas separadas por um dielétrico, e que podem acumular carga elétrica, é o que conhecemos como um capacitor. Eles são empregados em circuitos elétricos e têm importantes funções.
Para que ocupem menos espaço em um circuito elétrico, as placas condutoras e o dielétrico são enrolados, as placas ligadas a terminais externos, e alojadas em um corpo cilíndrico:
A intensidade do campo elétrico E entre as placas depende da diferença de potencial elétrico ΔV (voltagem) entre as placas, e da distância d que as separa:
Por exemplo, se as placas forem submetidas a uma diferença de potencial elétrico ΔV = 10V, e estiverem separadas por uma distância de 5,0cm (0,050m), a intensidade do campo elétrico E, em qualquer ponto entre elas, será:
Imagine duas placas condutoras eletrizadas com a mesma quantidade de carga elétrica, mas de sinais opostos, Q e -Q, separadas por um material isolante (dielétrico), e ligadas a uma fonte (bateria), que produz uma diferença de potencial elétrico ΔU (voltagem) entre elas:
Em qualquer ponto entre as placas o campo elétrico E é um vetor com a mesma intensidade, direção e sentido. Dizemos então que naquela região o campo elétrico é uniforme.
Na realidade, nas bordas das placas o campo elétrico perde a sua uniformidade devido ao chamado efeito de borda, e as linhas de campo sofrem distorções.
Estruturas formadas por placas paralelas separadas por um dielétrico, e que podem acumular carga elétrica, é o que conhecemos como um capacitor. Eles são empregados em circuitos elétricos e têm importantes funções.
Para que ocupem menos espaço em um circuito elétrico, as placas condutoras e o dielétrico são enrolados, as placas ligadas a terminais externos, e alojadas em um corpo cilíndrico:
A intensidade do campo elétrico E entre as placas depende da diferença de potencial elétrico ΔV (voltagem) entre as placas, e da distância d que as separa:
Por exemplo, se as placas forem submetidas a uma diferença de potencial elétrico ΔV = 10V, e estiverem separadas por uma distância de 5,0cm (0,050m), a intensidade do campo elétrico E, em qualquer ponto entre elas, será:
Vamos fazer alguns exercícios para compreendermos melhor o que aprendemos? Estes exercícios são opcionais. Tente fazer os exercícios ímpares no link abaixo:
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Mas o que é o potencial elétrico? Vamos estudar esta grandeza física ligada também às cargas elétricas?
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