UNIDADE  III:    Campo elétrico

Região do espaço ao redor de uma carga elétrica Q onde manifestam-se  ações elétricas, isto é, se uma carga de prova q for colocada em um ponto P qualquer dessa região, ela fica sujeita a uma força de natureza elétrica. Dizemos então que nessa região do espaço existe campo elétrico.

Utilizaremos as seguintes denominações:

Q carga fonte ou carga geradora: carga que dá origem ao campo elétrico considerado

Q carga de prova ou carga teste: carga sobre a qual o campo elétrico está agindo.

O campo elétrico possui intensidade, direção e sentido, ou seja, é uma grandeza vetorial.

Vetor campo elétrico

Para representar a direção e o sentido do campo elétrico, usamos duas formas: o vetor  ou linhas orientadas, denominadas linhas de força.

Quando o campo elétrico for criado por cargas elétricas positivas, ele terá, por convenção, um sentido de afastamento.

Quando o campo elétrico for criado por cargas elétricas negativas, ele terá, por convenção, um sentido de aproximação.

O sentido do campo elétrico depende exclusivamente do sinal das cargas que o geram. Ele não depende da carga de prova.

Para determinar a existência de um campo elétrico, devemos colocar uma carga de prova eletrizada na região do espaço em que há um campo elétrico, dessa forma verificaremos que tal carga fica sujeita a uma força elétrica (F). Portanto, as fontes de campo elétrico são corpos eletrizados, que chamamos de cargas fonte (Q).

Ao mover uma carga elétrica de prova em um campo elétrico, ela ficará sujeita a diferentes intensidades de força elétrica. Em cada ponto do campo elétrico definimos um vetor campo elétrico (E). A intensidade desse campo elétrico é dada pela seguinte expressão: E= F/q

Na expressão acima, E é o vetor campo elétrico e F é o vetor força elétrica sobre a carga de prova (q), no ponto considerado. No Sistema Internacional de Unidades, a unidade para o campo elétrico é newton por coulomb (N/C). A partir da definição anterior, podemos escrever:

Os sentidos dos vetores E e F em relação a q:

Módulo do campo elétrico

Usando a definição de campo é possível demonstrar que num ponto P qualquer, o módulo campo elétrico, gerado por uma carga elétrica puntiforme Q, imersa no vácuo, é dado por:

Campo elétrico de várias cargas

Quando um campo elétrico é gerado por mais de uma carga elétrica, cada uma delas gera seu próprio campo, independente das demais. O campo elétrico será dado pela soma vetorial desses campos individuais.

                                                                                         

 

Exemplo:

Determinar a intensidade do vetor campo elétrico resultante no ponto P, nos casos a seguir. Considere o meio o vácuo:

a)                      4,0 m                 P         3,0 m

                                                                                                                                     Q₁= +16µC                                               Q₂= +9,0 µC

b)                       4,0 m                 P         3,0 m

                                                                                           

Q₁= +16µC                                               Q₂= -9,0 µC

 Linhas de força do campo elétrico de duas cargas puntiformes

Quando houver duas cargas puntiformes Q₁ e Q₂, gerando um mesmo campo elétrico, ocorrerá uma superposição de efeitos. Basicamente, cargas positivas geram campo de afastamento, onde “nascem” linhas de força, enquanto cargas negativas geram campo de aproximação, onde “morrem” linhas de força.

As linhas de força de um campo elétrico, além de darem uma idéia do aspecto geral do campo, podem ser utilizadas para se determinar a direção e o sentido deste num determinado ponto. Basta desenhar um vetor E   tangenciando a linha de força , acompanhando o seu sentido.

 

Campo elétrico de um condutor esférico

Em um condutor esférico eletrizado, a carga elétrica se distribui sempre na superfície externa do condutor, não havendo carga elétrica na parte interna, seja o condutor maciço ou oco.

O campo elétrico é nulo em qualquer ponto interno do condutor;

O campo elétrico nos pontos externos ao condutor é idêntico ao gerado por uma carga elétrica pontual, considerando a carga concentrada no centro do condutor;

Portanto, para calcular a intensidade do vetor campo elétrico  num ponto P externo, a fórmula é a mesma da carga pontual, sendo a distancia  d tomada a partir do centro da esfera.

Exemplo:

Uma esfera condutora de raio R= 40 cm está uniformemente eletrizada com carga Q=4,0 µC.

a)determine a intensidade do vetor campo elétrico num ponto P situado a 10 cm do centro da esfera;

b) )determine a intensidade do vetor campo elétrico num ponto P situado a 20 cm do centro da esfera;

c) )determine a intensidade do vetor campo elétrico num ponto P situado a 60 cm da superfície  da esfera.

Campo elétrico uniforme

Ele pode ser obtido eletrizando-se duas placas planas paralelas com cargas de sinais contrários e a pequena distancia uma da outra. A característica mais importante desse campo elétrico é que, em qualquer um de seus pontos, o vetor campo elétrico é sempre o mesmo, em direção, sentido e intensidade.

Exercicios: