FACULDADE PITÁGORAS
ELETROSTÁTICA
Prof. Ms. Carlos José Giudice dos Santos carlos@oficinadapesquisa.com.br
UNIDADE I
• Conceito de carga elétrica
• Conceitos fundamentais da eletrostática
• Lei de Coulomb
• Campo Elétrico
CONCEITO DE CARGA ELÉTRICA [1]
Os fenômenos de natureza elétrica são conhecidos pelo homem desde a época das cavernas. Naquela época os homens viam o raio, ouviam o trovão mas não tinham explicação para isso. Muitos mitos surgiram em diversas culturas tentando explicar esse poder da natureza.
O termo eletricidade tem origem etimológica na palavra
elektron
, que é o nome grego para o âmbar, um tipo de resina secretada por alguns tipos de árvores e que se petrifica ao longo dos séculos. Os gregos descobriram que o âmbar, ao ser esfregado em peles de animais ou em um pedaço de lã, adquiria a propriedade de atrair alguns objetos leves.CONCEITO DE CARGA ELÉTRICA [2]
Imagens de âmbar retiradas da InternetO âmbar é uma forma de defesa das árvores contra bactérias e insetos que perfuram a casca para chegar aos vasos condutores de seiva dentro do caule. Com o tempo, as substâncias orgânicas que formam o âmbar perdem o ar e água de seu interior formando uma resina petrificada que resiste ao tempo.
CONCEITO DE CARGA ELÉTRICA [3]
O ato de esfregar um objeto em outro foi a primeira forma utilizada pelo ser humano para produzir eletricidade. Posteriormente descobriu-se que o atrito entre corpos diferentes tem o poder de arrancar cargas elétricas de um corpo para outro.
O conceito de carga elétrica depende da unidade básica de formação da matéria, que nós conhecemos pelo nomes de átomo. Aliás, a palavra átomo tem origem na Grécia antiga, cerca de 4 séculos antes de Cristo. A primeira pessoa a criar essa palavra foi o filósofo pré-socrático Demócrito e significa indivisível (prefixo “a” significa negação; “tomo” significa divisão).
CONCEITO DE CARGA ELÉTRICA [4]
Um átomo é composto de um núcleo, circundado por uma coroa ou eletrosfera. O núcleo contém dois tipos de partículas: prótons e nêutrons. A eletrosfera possui outro tipo de partícula fundamental, chamada de elétron.
Os prótons possuem carga elétrica positiva, e uma massa cerca de 1836 vezes maior que a do elétron. O elétron possui uma carga elétrica de mesmo valor da carga do próton, porém com sinal negativo. Os nêutrons não possuem carga elétrica, mas possuem uma massa de valor equivalente à massa do próton, cerca de 1839 vezes maior que a massa do elétron.
CONCEITO DE CARGA ELÉTRICA [5]
A maior parte da massa de um átomo está concentrada em seu núcleo (mais de 99,9%). Os elétrons ficam em uma órbita muito maior que o tamanho do núcleo. Em outras palavras, a maior parte da matéria é, sob o ponto de vista atômico, composta por espaço vazio.
Toda partícula que forma um átomo é chamada de subatômica, sendo esse o caso dos prótons, nêutrons e elétrons. Entretanto, dentre essas partículas subatômicas, apenas o elétron é considerado hoje uma partícula elementar, ou seja, não é formado por outras partículas ainda menores. Prótons e nêutrons não são partículas elementares.
CONCEITO DE CARGA ELÉTRICA [6]
Um próton é formado por três partículas elementares chamadas de
quarks
, a saber, doisquarks
do tipoup
e umquark
do tipodown
.Um nêutron é formado também por três partículas elementares, sendo dois
quarks down
e umquark up
.Essa diferença é responsável pelos diferentes valores de massa e carga entre as partículas.
Massa do próton: 1,67 x 10-27 kg
Massa do nêutron: 1,69 x 10-27 kg
CONCEITO DE CARGA ELÉTRICA [7]
Apesar da grande diferença de massa entre um próton e um elétron, os dois tem a mesma quantidade de carga elétrica, e essa quantidade de carga elétrica é chamada de
e
, definida como carga elétrica fundamental, ou seja, a menor quantidade de carga elétrica possível.Nesse caso,
e
= 1,6 x 10-19 C, em que “C” significaCoulomb, a unidade de medida para cargas elétricas. Por convenção, o próton tem uma carga elétrica igual a +1
e
. De maneira semelhante, o elétron possui igual a -1e
.Carga elétrica do próton: + 1,6 x 10-19 C
CONCEITO DE CARGA ELÉTRICA [8]
Uma característica de toda matéria é o fato de ser formada por átomos, e a principal característica de todos os átomos é o fato deles serem eletricamente neutros. O que isso significa?
CONCEITO DE CARGA ELÉTRICA [9]
Significa que todo átomo é eletricamente neutro, ou seja, possui o mesmo número de prótons e de elétrons, e por esse motivo, a carga elétrica total de um átomo é zero. Outro conceito importante é que a carga elétrica é uma propriedade da matéria, assim como a massa.
Sabemos que toda matéria ocupa um lugar no espaço, e para que isso aconteça, deve possuir massa, que em presença de um campo gravitacional, é atraída por esse campo por uma força chamada peso.
De modo análogo, toda matéria possui carga elétrica, e a maneira como essa carga elétrica se comporta quando está em repouso é o objeto de estudo da eletrostática.
CONCEITO DE CARGA ELÉTRICA [10]
Como já vimos anteriormente, a massa é uma propriedade da matéria, e a unidade de medida de massa é a grama.
De modo análogo, a carga elétrica é uma propriedade da matéria, e a unidade de medida da carga elétrica é o Coulomb. Vimos também que a menor quantidade de carga elétrica possível corresponde à carga elementar definida como
e
, cujo valor ée
= 1,602176487 x 10-19 CPara fins de simplificação, vamos considerar o valor de
e
= 1,6 x 10-19 C. Assim, um elétron tem carga–e
e umCONCEITO DE CARGA ELÉTRICA [11]
Reforçando, um átomo sempre é neutro, pois possui o mesmo número de prótons e elétrons.
Um átomo que ganha ou perde elétrons deixa de ser átomo e torna-se um íon. Em outras palavras, um átomo que possui carga elétrica é chamado de íon.
Se um átomo ganha elétrons, passa a ter mais cargas negativas (elétrons) que positivas (prótons). Um íon com carga negativa é chamado de ânion.
Se um átomo perde elétrons, passa a ter mais cargas positivas (prótons) que negativas (elétrons). Um íon com carga positiva é chamado de cátion.
CONCEITO DE CARGA ELÉTRICA [12]
É importante destacar que o conceito de carga elétrica sempre diz respeito ao ganho ou à perda de elétrons, ou seja, não é possível (normalmente) um átomo ganhar ou perder prótons, porque eles estão presos dentro do núcleo do átomo por ação de uma força muito forte (força nuclear).
Para que isso (ganho ou perda de prótons) aconteça são necessárias reações físicas muito intensas. Isso ocorre, por exemplo, dentro das estrelas (fusão nuclear), dentro de aceleradores de partículas, reatores nucleares e bombas atômicas (fissão nuclear).
CONCEITO DE CARGA ELÉTRICA [13]
Desse modo, quando falamos em carga elétrica de um átomo ou de um corpo, estamos sempre falando da perda ou ganho de elétrons. Em outras palavras, a carga elétrica de um corpo depende do número de elétrons.
Outra característica da carga elétrica é que ela é sempre quantizada, ou seja, a quantidade de carga elétrica de um corpo é sempre um número inteiro multiplicado pela carga elétrica elementar (
e
).Assim é possível saber qual é a carga elétrica de um corpo quando sabemos qual é a quantidade de elétrons que o corpo ganhou ou perdeu.
CÁLCULO DA QUANTIDADE DE CARGA ELÉTRICA A carga elétrica de um corpo é dada pela fórmula:
q=n.e, onde: q quantidade de carga elétrica
n número de elétrons (ganhados ou perdidos) e carga elétrica fundamental
Exemplo 1: Um corpo eletricamente neutro ganhou 5000 elétrons. Qual é a carga elétrica desse corpo?
q = (-5 x 103).(1,6 x 10-19 C) = -8 x 10-16 C
Exemplo 2: Um corpo eletricamente neutro perdeu 10 elétrons. Qual é a carga elétrica desse corpo?
PRINCÍPIOS DA ELETROSTÁTICA [1]
Se duas cargas elétricas puntiformes (q1 e q2) forem colocadas no espaço a uma distância d uma da outra, vai surgir uma força elétrica entre essas duas cargas.
Essa força elétrica entre essas duas cargas, possui algumas características, a saber:
1. Cargas elétricas de mesmo sinal se repelem (próton repele próton; elétron repele elétron) – força elétrica de repulsão.
2. Cargas elétricas de sinais contrários se atraem (próton atrai elétron próton; elétron atrai próton) – força elétrica de atração.
PRINCÍPIOS DA ELETROSTÁTICA [2]
3. A força elétrica de atração ou repulsão entre duas cargas elétricas depende muito da distância entre as duas cargas. Na verdade, como veremos mais tarde, essa força é inversamente proporcional ao quadrado da distância entre as cargas.
4. Qualquer corpo eletricamente neutro é sempre atraído quando colocado no espaço a uma certa distância de uma carga elétrica, independente do sinal dessa carga elétrica. Em outras palavras, entre um corpo carregado com uma carga elétrica e um corpo neutro sempre há uma força elétrica de atração.
PRINCÍPIOS DA ELETROSTÁTICA [3]
5. Uma carga q1 colocada a uma distância d de uma carga q2 vai induzir um força elétrica (de atração ou repulsão, dependendo da natureza da carga) em q2 igual a F1.
6. Da mesma maneira, a carga q2 induz uma força F2 em q1. As forças em q1 e q2 são sempre idênticas, independente dos valores de cada carga, devido à terceira Lei de Newton (princípio da ação e reação). 7. Logo, quando se fala em força elétrica entre duas
cargas elétricas, estamos na verdade falando de duas forças, F1 e F2, idênticas em valor (módulo) e direção, mas com sentidos opostos.
PRINCÍPIOS DA ELETROSTÁTICA [4]
Atração entre um corpo carregado e um corpo neutro
MATERIAIS ELÉTRICOS [1]
Uma característica elétrica dos materiais é a existência de condutores, isolantes e semicondutores.
Define-se condutor como o tipo de material que permite a passagem de uma corrente elétrica (fluxo de cargas elétricas em uma certa direção).
Os metais são exemplos de bons condutores de eletricidade, porque alguns elétrons de cada átomo estão relativamente livres da força de atração de seus respectivos núcleos, e por esse motivo, eles podem se movimentar livremente através do material. As soluções iônicas também são exemplos de bons condutores de eletricidade.
MATERIAIS ELÉTRICOS [2]
Em um condutor, os elétrons da camada de valência estão fracamente presos aos núcleos de seus respectivos átomos. Por esse motivo, eles ficam relativamente livres para se movimentar no material.
Em uma solução iônica, os íons ficam livres para se movimentarem em meio à solução.
MATERIAIS ELÉTRICOS [3]
Um material isolante é aquele em que os elétrons estão fortemente presos a seus núcleos. Por esse motivo, os materiais isolantes impedem ou dificultam muito a passagem de cargas elétricas através deles.
Assim, materiais como o ar, a borracha, madeira e o vidro são isolantes. Outro material que é isolante é a água 100% pura (somente moléculas de H20).
Entretanto é importante destacar que não existem isolantes perfeitos. De modo geral, pode-se dizer que todo isolante (ou dielétrico) é isolante até um certo limite, quando ele começa a conduzir. Quando isso acontece, “rompe-se o dielétrico”.
MATERIAIS ELÉTRICOS [4]
Por exemplo, o ar é isolante, mas quando existe um acúmulo de cargas elétricas nas nuvens, pode acontecer uma descarga elétrica, e nesse caso, o ar, que era um isolante, passa a conduzir – e assim, é possível ver o clarão de um relâmpago.
Assim, jamais imagine que o fato de você estar utilizando um chinelo de borracha (que é um isolante) pode te proteger de uma descarga elétrica, ou se um fio de alta tensão cair sobre um carro, que este possa ser afastado por um cabo de vassoura, só porque a madeira é isolante. Caso você se sinta protegido em uma dessas situações, é porque não sabe o perigo de morte que está enfrentando.
MATERIAIS ELÉTRICOS [5]
O último tipo de material elétrico que existe é o semicondutor, que será estudado em maiores detalhes em disciplinas que tratem de eletrônica.
Por enquanto, basta saber que é um tipo de material que possui propriedades de um condutor em um certo sentido, e propriedades de isolante no sentido oposto, ou seja, deixar fluir uma corrente elétrica, mais apenas em uma direção.
Resumindo os materiais em relação às suas características elétricas: condutores, isolantes, semicondutores e supercondutores. Não existem superisolantes.
MATERIAIS ELÉTRICOS [6]
Condutores permitem a passagem de cargas elétricas em qualquer direção, mas com alguma resistência ao fluxo dessas cargas.
Isolantes impedem ou dificultam, até certo limite, a passagem de cargas elétricas, opondo muita resistência ao fluxo dessas cargas.
Semicondutores permitem a passagem de cargas elétricas em apenas um sentido, funcionando como isolantes no sentido oposto.
Supercondutores permitem a passagem de cargas elétricas em qualquer direção, sem nenhuma resistência, mas apenas em condições muito especiais, geralmente em temperaturas próximas do zero absoluto (-273º C ou 0o Kelvin).
PROCESSOS DE ELETRIZAÇÃO
Eletrização é o processo por meio do qual um corpo adquire uma certa quantidade de carga elétrica.
Existem basicamente três processos de eletrização:
1. Eletrização por atrito 2. Eletrização por contato 3. Eletrização por indução
ELETRIZAÇÃO POR ATRITO [1]
O processo de eletrização por atrito ocorre quando friccionamos dois materiais diferentes. Isso acontece porque todo material possui uma capacidade de doar ou de receber elétrons, em diferentes graus.
Um material eletronegativo é aquele que tem como principal característica, a capacidade de receber elétrons. Em outras palavras, se um material “gosta” de receber elétrons, é porque ele quer ficar eletricamente negativo, ou seja, é eletronegativo.
Já um material eletropositivo é aquele que a característica de doar elétrons, ou seja, que ficar eletricamente positivo (eletropositivo), e por essa razão, gosta de doar elétrons.
ELETRIZAÇÃO POR ATRITO [2]
Para saber quais materiais são eletronegativos ou eletropositivos, os cientistas fazem experiências em laboratório esfregando materiais diferentes entre si e verificando a carga resultante após o atrito dos dois materiais. Essas experiências dão origem a tabelas denominadas triboelétricas, que mostram a tendência de um material a ficar eletronegativo ou eletropositivo.
Veja um exemplo de série triboelétrica no próximo slide:
ELETRIZAÇÃO POR ATRITO [3]
Eletropositivo
ELETRIZAÇÃO POR ATRITO [4]
Exercício de FixaçãoUm bastão de PVC eletricamente neutro foi friccionado contra um pedaço de lã também eletricamente neutra. Nesse processo, foram transferidos 50 mil elétrons de um material para o outro. Consultando a tabela anterior, responda:
a) Qual material cedeu elétrons? R: O pedaço de lã
b) Qual material ganhou elétrons? R: O bastão de PVC
c) Qual a carga resultante de cada material após esse processo? R: Q = n.e Q = 5 x 104 x 1,6 x 10-19
ELETRIZAÇÃO POR CONTATO [1]
Em um processo de eletrização por contato, dois corpos com materiais idênticos são colocados em contato. Em corpos com materiais idênticos, a carga tende a se distribuir uniformemente e de maneira igual nos dois corpos. Se os corpos tiverem tamanhos diferentes, a carga resultante é função da carga inicial de cada corpo e do tamanho (volume) de cada corpo. Quanto maior o corpo, maior é a capacidade desse corpo em acumular cargas.
É por esse motivo que quando falamos em Terra ou aterramento, isso significa que a Terra é tão grande em relação a outro corpo, que todas as cargas preferem ficar na Terra do que ficar no outro corpo.
ELETRIZAÇÃO POR CONTATO [2]
Considerando dois corpos metálicos esféricos feitos com o mesmo material, mas com cargas diferentes, quando os dois corpos são encostados um no outro, a carga total se conserva, ou seja, a carga total ficará igualmente distribuída nas duas esferas.
Por exemplo, suponha que uma esfera A com carga de +1C seja encostada em uma esfera B sem carga elétrica (neutra). Pelo princípio da conservação da energia (nesse caso, carga elétrica), a carga total (+1C) é igualmente distribuída pelas duas esferas. Assim, a carga na esfera A será igual a +0,5C, e na esfera B a carga será de +0,5C.
ELETRIZAÇÃO POR CONTATO [3]
Exercício de FixaçãoTrês esferas metálicas idênticas (A, B e C) são colocadas em contato de acordo com o processo abaixo. Primeiro, a esfera A com carga igual a +5 mC é encostada em uma esfera B com carga de -1mC, e depois é afastada. Depois, a esfera B é encostada em uma esfera C com carga igual a -6mC. Qual será a carga final em cada esfera? R: QT = +5mC – 1mC – 6mC = -2mC
QA em QB (+5mC – 1mC) / 2 QA = QB = +2mC QB em QC (+2mC – 6mC) / 2 QB = QC = -2mC Logo: QA = +2mC; QB = -2mC; QC = -2mC; QT = -2mC
ELETRIZAÇÃO POR INDUÇÃO [1]
Quando aproximamos um corpo eletrizado A com uma carga positiva de um outro corpo B sem carga elétrica, já sabemos que entre eles acontece uma força de atração. Isso acontece porque o corpo B fica polarizado, ou seja, o corpo eletrizado A atrai elétrons do corpo B devido à proximidade com o corpo A.
É importante destacar que o corpo B permanece com carga elétrica neutra, ou seja, com o mesmo número de prótons e elétrons, só que separados uns dos outros devido à proximidade com um outro corpo carregado.
ELETRIZAÇÃO POR INDUÇÃO [2]
Esse é o primeiro passo do processo de eletrização por indução eletrostática. O corpo B está polarizado, mas não carregado eletricamente.
Para continuar o processo, vamos ligar o corpo B à Terra por meio de um fio condutor? O que vai acontecer? Essa situação é mostrada na Figura 2 no próximo slide.
ELETRIZAÇÃO POR INDUÇÃO [3]
Nessa situação descrita na Figura 2, o corpo B começa a atrair elétrons da Terra. Pouco depois, cortamos a ligação do corpo B com a Terra (Figura 3). Os elétrons não tem como voltar para a Terra. Agora, ao afastarmos o corpo A, o corpo B continua carregado devido ao excesso de elétrons oriundos da Terra (Figura 4).
ELETRIZAÇÃO POR INDUÇÃO [4]
Exercício de FixaçãoExplique o processo de eletrização por indução de um corpo inicialmente neutro com uma carga positiva.
R: Primeiro aproximamos um corpo carregado com uma carga negativa do corpo neutro, que queremos induzir uma carga positiva. Nessa aproximação, o corpo neutro fica polarizado porque o corpo carregado exerce uma força de repulsão sobre os elétrons do corpo neutro. Ligamos o corpo polarizado à Terra por meio de um fio condutor. A Terra passa a receber elétrons do corpo polarizado. Ao cortarmos a ligação, o corpo antes polarizado fica com falta de elétrons, ou seja, com uma carga elétrica positiva.
Lei de Coulomb [1]
Já sabemos que entre existe uma força elétrica entre corpos carregados eletricamente. Essa força pode ser de atração (se as cargas dos corpos carregados tiverem sinais opostos) ou de repulsão (se as cargas dos corpos carregados tiverem o mesmo sinal).
A Lei de Coulomb permite calcular o módulo dessa força quando as cargas envolvidas são pontuais, ou seja, a carga elétrica está totalmente concentrada em um ponto.
Dados experimentais mostram que essa lei é válida até mesmo a nível atômico, ou seja, ela permite o cálculo da força de atração entre um próton e um elétron que está orbitando o núcleo de um átomo.
Lei de Coulomb [2]
A Lei de Coulomb pode ser descrita assim: “A força elétrica de atração ou repulsão entre duas cargas puntiformes é diretamente proporcional aos valores das cargas, o meio em que elas se encontram e inversamente proporcional ao quadrado da distância que separam as duas cargas”. Colocando esse enunciado como termos de uma equação, chegamos à fórmula:
Lei de Coulomb [3]
Temos que nos lembrar toda força é uma grandeza vetorial, ou seja, a fórmula da Lei de Coulomb nos permite calcular apenas o módulo dessa força. Para sabermos a direção e o sentido dessa força, precisamos de outros conhecimentos, matemáticos (soma de grandezas vetoriais) e físicos (princípios da eletrostática).
Na fórmula, K é uma constante que depende do meio em que as cargas estão inseridas.
Lei de Coulomb [4]
Exercício de Fixação 1Dois prótons estão a uma distância de 10-14m de distância no vácuo. Qual é o valor da força elétrica entre eles?
R: Qp = carga elétrica do próton = 1,6 x 10-19 C
A força elétrica entre os prótons será de repulsão.
ܨ = 9. 10ଽ. ே.మ
మ .
ଵ,.ଵషభవ . ଵ..ଵషభవ మ
(ଵషభర)మ F = 2,3 N
Repare que essa força de repulsão parece pequena, mas se considerarmos que a massa do próton é de apenas 1,67 x 10-27Kg, pela segunda lei de Newton, esses prótons iriam adquirir uma aceleração igual a 1,37 x 1027 m/s2, o suficiente para atingir a velocidade da luz (300.000 Km/s) em apenas 2,17 x 10-19 segundos.
Lei de Coulomb [5]
Exercício de Fixação 2Existe uma força elétrica F de atração entre duas cargas elétricas puntiformes de igual valor (igual a Q). Essa força F é igual a 1 N, com as cargas separadas por 1 m de distância. Qual seria a nova força de atração (F2) caso cada carga tivesse seu valor duplicado e a distância entre elas fosse reduzida para apenas 10 cm?
R: F = K.Q.Q/12 F = K.Q2 = 1 N
As cargas passam a ser 2Q (cada uma delas) e a distância é diminuída para 0,1 m ou 10-1m. Logo:
F2 = K.2Q.2Q/(10-1)2 = K.4Q2/10-2 = 4x102.K.Q2 = 400 F
CAMPO ELÉTRICO [1]
O conceito de campo na física surge sempre que um corpo fica sujeito a algum tipo de força em uma região do espaço sem a necessidade de contato direto.
Assim, se tivermos uma corpo com uma massa
m
no espaço, essa massam
vai criar na região em volta dela um campo de força gravitacional.De maneira semelhante, se tivermos uma carga elétrica
q
no espaço, essa carga elétricaq
vai criar na região em volta dela um campo de força elétrico.Por analogia, se tivermos um imã no espaço, esse imã irá gerar um campo magnético na região em volta dele.
CAMPO ELÉTRICO [2]
No caso de uma carga elétrica colocada em uma região qualquer do espaço, ela cria na região em torno dela um campo elétrico que vai atuar com uma força elétrica sobre uma segunda (ou qualquer outra) carga elétrica que seja colocada na vizinhança da primeira carga.
Resumindo, qualquer carga elétrica cria um campo elétrico, e qualquer outra carga elétrica colocada em uma região próxima de uma carga elétrica vai sentir a influência do campo elétrico criado por essa carga sob a forma de uma força, e vice-versa.
É importante destacar que o campo elétrico é um vetor, ou seja, possui módulo, direção e sentido.
CAMPO ELÉTRICO [3]
Assim, em uma região onde existe um campo elétrico, o vetor campo elétrico E deve ser representado por meio de uma seta. O tamanho dessa seta representa graficamente o valor ou módulo do campo elétrico. A orientação espacial do vetor representa a direção do campo elétrico, e o sentido da seta mostra em qual sentido a força elétrica criada por uma carga vai atuar na presença de uma outra carga.
Campos elétricos são medidos em N/C. Assim, caso eu tenha um campo elétrico de 10 N/C em um certo ponto do espaço, se eu colocar uma carga de 1 C nesse ponto ela irá sofrer uma força de 10 N. Se a carga for de 2 C, a força será de 20 N, e assim por diante.
CAMPO ELÉTRICO [4]
Assim, se o campo elétrico é medido em N/C, então o valor (módulo) do campo elétrico deve ser calculado pela fórmula E = F/q. O significado de um vetor que representa um campo elétrico em um determinado ponto do espaço, representado por uma seta, pode ser definido da seguinte maneira:
1. O tamanho da seta representa o valor do campo elétrico (módulo do vetor) sobre uma carga.
2. A orientação espacial da seta representa a direção do campo elétrico.
3. O sentido da seta representa o sentido da força elétrica nesse ponto, caso seja colocado ali uma carga elétrica positiva.
CAMPO ELÉTRICO [5]
Uma vez que o vetor campo elétrico te mostra em que direção e sentido uma carga elétrica positiva sente força, se colocarmos nesse ponto uma carga negativa, ela sentirá uma força na mesma direção, mas no sentido oposto.
Em outras palavras, uma carga elétrica positiva sente a força elétrica junto com o campo elétrico, e uma carga elétrica negativa sente a força elétrica contra o campo.
Isso acontece porque uma carga elétrica positiva cria um campo elétrico em que as linhas de força tem origem nesse tipo de carga, ou seja, cargas positivas criam um campo elétrico para fora.
CAMPO ELÉTRICO [6]
Já uma carga elétrica negativa cria um campo elétrico que aponta para dentro da carga, ou seja, as linhas de força de um campo elétrico gerado por uma carga negativa terminam na carga negativa. Veja a representação gráfica abaixo:
CAMPO ELÉTRICO [7]
Se tivermos duas cargas elétricas no espaço, sendo uma positiva e a outra negativa, a distribuição das linhas de força do campo elétrico ficará assim:
Repare que o vetor campo elétrico é sempre tangente às linhas de força do campo.
CAMPO ELÉTRICO [8]
Se tivermos duas cargas elétricas de mesmo sinal no espaço, por exemplo, duas cargas positivas, a distribuição das linhas de força do campo elétrico ficará assim:
Repare que o vetor campo elétrico é sempre tangente às linhas de força do campo.
POTENCIAL ELÉTRICO [2]
Para se deslocar esta carga de prova do ponto A para um outro ponto B, localizado no infinito, gasta-se energia, ou seja, será realizado um trabalho.
Assim, a partir da situação mostrada na figura anterior, define-se potencial elétrico como o trabalho realizado pela força elétrica, por unidade de carga, para deslocar uma carga de prova de um ponto qualquer até o infinito. Costuma-se dizer que entre o ponto A e o ponto B existe uma diferença de potencial. Esta ddp pode ser denominada como voltagem ou tensão entre os pontos A e B.
EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO [1]
1. Suponha que uma carga positiva q = 2,0 x 10-7 C foi deslocada de um ponto A para um ponto B, e sobre ela foi realizada um trabalho TAB = 5,0 x 10-3 J. Calcule a diferença de potencial (tensão) entre os pontos A e B.
2. Considerando o exemplo anterior, qual seria a ddp entre esses dois pontos para uma carga q = 2 µC e um trabalho TAB = 2 x 10-3J ?
