Com a finalidade de indicar a presença de campo elétrico em certas regiões do espaço, criou-se uma for- ma geométrica de representação, denominada linha
de força.
Linha de força de um campo elétrico é uma linha que tangencia, em cada ponto, o vetor campo elétrico resultante associado a esse ponto.
Por convenção, as linhas de força são orientadas no sentido do vetor campo. Assim, como o vetor cam- po tem sentido de afastamento em relação às cargas fontes positivas e de aproximação em relação às nega- tivas, o mesmo acontece com as linhas de força.
Para partículas pontuais (de dimensões desprezí- veis), solitárias e eletrizadas, as linhas de força são radiais, como representam as figuras seguintes:
1
2 Linhas de força
de aproximação representativas do campo elétrico criado por uma partícula eletrizada com carga negativa.
Linhas de força de afastamento
representativas do campo elétrico criado por uma partícula eletrizada com carga positiva.
Pequenas fibras de tecido suspensas em óleo e submetidas ao campo elétrico criado por uma partícula eletrizada mostram a forma das linhas de força representativas desse campo.
Para duas partículas eletrizadas com cargas de módulos iguais, mas de sinais opostos, as linhas de força têm o seguinte aspecto:
2 1
Observe a simetria das linhas de força representativas do campo elétrico resultante de dois campos criados por duas partículas eletrizadas com cargas de mesmo módulo, mas de sinais opostos.
Pequenas fibras de tecido submetem-se ao campo elétrico resultante, criado por duas partículas eletrizadas com cargas de mesmo módulo, porém de sinais opostos. Podemos observar, ainda, a forma das linhas de força correspondentes.
Para duas partículas eletrizadas com cargas iguais, as linhas de força tomam o seguinte aspecto:
Observe a simetria das linhas de força representativas do campo elétrico resultante de dois campos criados por duas partículas eletrizadas com cargas iguais. No exemplo, ambas são positivas. Caso fossem negativas, mudaria apenas o sentido da orientação das linhas de força, sendo conservados os demais aspectos.
1 1
Ilustrações: CJT/Zapt
Pequenas fibras de tecido submetem-se ao campo elétrico resultante, criado por duas partículas eletrizadas com cargas iguais. É possível observar, também, a forma das linhas de força correspondentes.
Caso as cargas das partículas tenham módulos diferentes, não será mais observada a si metria das fi- guras anteriores. Como exemplo, podemos considerar duas partículas eletrizadas com cargas de sinais opos- tos, tendo a carga positiva o dobro do módulo da ne- gativa. As linhas de força tomam o aspecto da figura seguinte.
2 1
Observe que o número de linhas de força que saem da carga positiva é o dobro do número que chega à negativa. Isso ocorre porque o número de linhas de força em cada partícula deve ser proporcional à sua carga.
Para finalizar, note que duas linhas de força nunca
se cruzam, pois se isso acontecesse teríamos dois ve-
tores cam po elétrico definidos em um mesmo pon to, cada um tangenciando uma das li nhas de força.
P linhas de força
E2 E1
O cruzamento de duas ou mais linhas de força nunca ocorre.
Note que, em todas as configurações observadas anteriormente, a concentração das linhas de força (densidade de linhas de força) é maior nas vizinhanças das cargas, em que, evidentemente, a intensidade do campo elétrico é maior.
A seguir, vamos comparar a intensidade do vetor campo elétrico a partir das densidades de linhas de força em diferentes regiões desse campo.
Paulo C. Ribeiro Reprodução Reprodução UNIDADE 1 I eletrostática 36 Física3-032_053_U1C02_P6.indd 36 6/3/16 7:14 PM
Densidade de linhas de força
Observe a figura a seguir, que representa, por meio de linhas de força, uma região onde existe um campo elétrico.
A B C
Partindo do exposto anteriormente, podemos concluir que a intensidade do vetor campo elétrico é maior no ponto B e menor no ponto A:
EB . EC . EA
A intensidade do campo elétrico é maior na região de maior densidade de linhas de força e menor na re- gião de menor densidade de linhas de força.
Deve-se entender densidade de linhas de força como a quantidade dessas linhas que “perfuram” cada unidade de área de um plano perpendicular a elas, na região considerada.
região Q região P
Nas imagens acima, considerando que os pontos indicados pertencem a linhas de força que perfuram o plano do papel, podemos concluir que:
EQ . EP
6. densidade superfiCial
de CarGas
No processo de eletrização de um condutor, ocorre uma movimentação de portadores de carga elétrica até que o corpo atinja o chamado equilíbrio eletrostático, si- tuação em que todos os portadores responsáveis pela ele- trização acomodam-se na superfície externa do condutor. Considere, então, um condutor de superfície exter- na de área total A, em equilíbrio eletrostático, eletrizado com carga Q. carga elétrica total Q – – – – – – – – – – – – – – – – – área total A Paulo C. Ribeiro Paulo C. Ribeiro CJT/Zapt
Por definição, a densidade superficial média de
cargas aσmb desse condutor é dada pelo quociente da
carga elétrica Q pela área A:
s 5 Qm A
s 5 s 5
A densidade superficial de cargas é uma grandeza física escalar algébrica, dotada do mesmo sinal da car-
ga Q, tendo por unidade, no SI, C/m2.
Nesse exemplo, a densidade superficial média de cargas é negativa.
É usado o termo média, na densidade superficial de cargas, porque, em geral, as cargas elétricas não se dis- tribuem de maneira uniforme sobre a superfície externa do condutor, já que isso depende da geometria do corpo.