Campo elétrico: diferenças entre revisões

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Revisão das 17h14min de 23 de abril de 2013

Um campo elétrico (AO 1945: campo eléctrico) é o campo de força provocado pela ação de cargas elétricas, (elétrons, prótons ou íons) ou por sistemas delas. Cargas elétricas colocadas num campo elétrico estão sujeitas à ação de forças elétricas, de atração e repulsão.

A fórmula usada para se calcular a intensidade do vetor campo elétrico (E) é dada pela relação entre a força elétrica (F) e a carga de prova (q):

\mathbf {E} ={\frac {\mathbf {F} }{|q|}}

Unidade no Sistema Internacional de Unidades:

[E]={\frac {N}{C}}\qquad (N/C)

Vetor campo elétrico

O campo elétrico em um ponto é uma grandeza vetorial, portanto é representado por um vetor. Para verificarmos a sua presença neste ponto, colocamos neste uma carga de prova positiva. Se esta ficar sujeita a uma força eletrostática, dizemos que a região em que a carga se encontra está sujeita a um campo elétrico. O vetor campo elétrico tem sempre a mesma direção da força a que a carga está sujeita, e o sentido é o mesmo da força. O módulo é calculado da seguinte forma:

${\vec {E}}={\frac {\vec {F}}{q}}$ onde, caso a carga seja puntiforme, $|{\vec {F}}|={\frac {K.|Q|.|q|}{d.d}}$ (lei de Coulomb)

O módulo do vetor campo elétrico pode ser definido por:

$E={\frac {F}{q}}$

Substituindo $F\Rightarrow E={\frac {K.|Q|}{d^{2}}}$

${\vec {K}}={\frac {1}{4\pi \varepsilon _{0}}}=8,99\times 10^{9}$ , é a constante eletrostática do meio e $\varepsilon _{0}=8,85\times 10^{-12}$ é a constante de permissividade do vácuo. Nota-se, por essa expressão, que o campo elétrico gerado por uma carga em um ponto é diretamente proporcional ao seu valor e inversamente proporcional ao quadrado da distância.

Campo elétrico devido a uma carga elétrica

O campo elétrico sempre "nasce" nas cargas positivas (vetor) e "morre" nas cargas negativas. Isso explica o sentido do vetor mencionado acima. Quando duas cargas positivas são colocadas próximas uma da outra, o campo elétrico é de afastamento, gerando uma região entre as duas cargas isenta de campo elétrico. O mesmo ocorre para cargas negativas, com a diferença de o campo elétrico ser de aproximação. Já quando são colocadas próximas uma carga positiva e uma negativa, o campo "nasce" na primeira, e "morre" na segunda.

Na equação: F = K.Q.q/d² , K é a constante eletrostática do meio e não a constante dielétrica.

Campo elétrico uniforme

É definido como uma região em que todos os pontos possuem o mesmo vetor campo elétrico em módulo, direção e sentido. Sendo assim, as linhas de força são paralelas e equidistantes.

Para produzir um campo com essas características, basta utilizar duas placas planas e paralelas eletrizadas com cargas de mesmo módulo e sinais opostos. Um capacitor pode ser citado como exemplo de criador de um campo elétrico uniforme.

Linhas de força

As cargas de prova positivas encontram-se em movimento dentro de um campo elétrico. A partir da trajetória dessas cargas, traçam-se linhas que são denominadas linhas de força, que têm as seguintes propriedades:

Saem de cargas positivas e chegam nas cargas negativas;
As linhas são tangenciadas pelo campo elétrico;
Duas linhas de força nunca se cruzam;
A intensidade do campo elétrico é proporcional à concentração das linhas de força.

Campo elétrico gerado por uma esfera (oca) condutora

Quando uma esfera está eletrizada, as cargas em excesso repelem-se mutuamente e por isso migram para a superfície externa da esfera, atingindo o equilíbrio eletrostático. Assim, o campo elétrico dentro da esfera (em equilíbrio eletrostático) é nulo, já que não há uma força que atraia uma carga para dentro do corpo. Lembrando que na superfície da esfera, K|Q|/d é multiplicado por 1/6.

$E_{i}=0\quad$ (No interior da Esfera)
$E={\frac {k\cdot Q}{R^{2}}}$ (superfície exterior próxima da esfera) Nem é
$E={\frac {k\cdot Q}{(R+d)^{2}}}$ (distante da esfera), onde R é o raio da esfera.

Campo elétrico gerado por várias cargas pontuais

É calculado através de uma soma vetorial, que ajudará a chegar ao campo resultante.

Para um sistema constituído de várias cargas elétricas, todas elas interagem simultaneamente.

$F^{2}=f_{1}^{2}+f_{2}^{2}+2\cdot f_{1}\cdot f_{2}\cdot \cos \theta$

História

Os estudos a respeito da eletricidade estática, criadora dos campos eléctricos, remontam a Tales de Mileto. O filósofo e estudioso da natureza descreveu o fenômeno que consiste em uma barra de âmbar (seiva petrificada) que atrai pequenos objetos depois de esfregada com uma pele de coelho. No quotidiano, é o mesmo que esfregar uma caneta de plástico (material isolante) contra um pano ou o próprio cabelo. Em ambas as situações, o objecto fica eletricamente carregado.

Tipler, Paul A. - Física (4a Edição), Vol 2. Editora LTC

Ver também

@@ Linha 50: / Linha 50: @@
 # <math>E_i=0\quad</math> (No interior da Esfera)
-# <math>E=\frac{k \cdot Q}{R^2}</math> (superfície exterior próxima da esfera)
+# <math>E=\frac{k \cdot Q}{R^2}</math> (superfície exterior próxima da esfera) Nem é
 # <math>E=\frac{k \cdot Q}{(R+d)^2}</math> (distante da esfera), onde R é o raio da esfera.