O campo elétrico atua como um transmissor de interações entre cargas elétricas, podendo ser de aproximação ou de afastamento. Isso depende do sinal da carga que o produziu. Continue lendo para saber mais sobre esse conceito e como ele se aplica.
O que é campo elétrico?
O campo elétrico possui papel essencial como transmissor de interações entre cargas elétricas, pode ser de afastamento ou de aproximação. Isso dependerá do sinal da carga que o produziu.
Cargas elétricas se caracterizam por serem corpos eletrizados com dimensões desprezíveis em comparação com as distâncias que as separa de outros corpos eletrizados.
Na região em que há um campo elétrico surgirá uma força sobre uma carga puntiforme de prova que se introduzirá em algum ponto do campo. Tal força poderá ser de atração ou de repulsão.
Fórmula do Campo Elétrico
Se uma carga puntiforme eletrizada estiver fixa em um ponto, surgirá um campo elétrico ao seu redor. A intensidade do campo depende do meio em que a carga está inserida e pode ser encontrada utilizando a seguinte fórmula:
E = k0 . |Q|d2
Sendo:
- E – intensidade do campo elétrico (N/C).
- k0 – constante eletrostática no vácuo (9.109 N.m2/C2).
- |Q| – módulo da carga (C).
- d – distância entre a carga e um ponto do campo.
Vetor Campo Elétrico
Uma grandeza vetorial chamada vetor campo elétrico está associada ao campo elétrico. Trata-se de uma grandeza vetorial que possui módulo, direção e sentido.
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Sentido do Vetor Campo Elétrico
O vetor campo elétrico e a força elétrica possuem a mesma direção. Contudo, há a convenção de que terão mesmo sentido quando a carga de prova for positiva e sentido oposto quando a carga de prova for negativa.
O sentido do campo elétrico não depende do sinal da carga de prova, somente do sinal da carga fixa. Dessa forma o campo gerado por uma carga positiva é de afastamento. Já o campo elétrico gerado por uma carga negativa é de aproximação.
Intensidade do Campo Elétrico
Para encontrar a intensidade do campo elétrico podemos utilizar a seguinte fórmula:
E = F|q|
Sendo:
- E – campo elétrico.
- F: força elétrica.
- q: carga elétrica.
A intensidade do campo elétrico, no Sistema Internacional de Unidade, é medido em:
- Newton por Coulomb (N/C);
- A força em Newton (N);
- A carga elétrica em Coulomb (C).
Linhas de Força
O campo elétrico pode ser representado por meio de linhas orientadas de acordo com o sentido do vetor campo elétrico. Essas linhas são chamadas de linhas de força sendo tangentes ao vetor campo elétrico em cada ponto.
Quanto mais próximas estiverem as linhas de campo maior será a intensidade do campo elétrico e menos intenso será nas regiões mais afastadas.
Campo Elétrico Uniforme
Um campo elétrico é chamado de uniforme quando:
- Possui vetor associado a ele com a mesma intensidade;
- Mesma direção;
- Mesmo sentido em todos os pontos.
Esse é um tipo de campo obtido com a aproximação de duas placas condutoras planas e paralelas eletrizadas com cargas de mesmo valor absoluto. Possui sinais contrários.
Lei de Coulomb
Na natureza, é possível observar:
- Forças de contato – só agem se os corpos se tocarem. Exemplo: o atrito;
- Força de campo – agem sem que seja necessário haver contato entre os corpos. Exemplos: força gravitacional e a força magnética.
No final do século XVIII, o físico francês Charles Augustin de Coulomb (1736-1806) formulou a chamada Lei de Coulomb. Essa lei tem como foco os estudos sobre a interação eletrostática entre partículas eletricamente carregadas:
“A força de ação mútua entre dois corpos carregados tem a direção da linha que une os corpos e sua intensidade é diretamente proporcional ao produto das cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância que as separa”.
As cargas possuem como unidade de medida o Coulomb (C), uma homenagem ao físico por suas contribuições para a área de eletricidade. O cálculo da força entre as cargas pode ser feito através da fórmula abaixo:
F = ke . Q. |q|d2
Sendo:
- F – força (N).
- Ke – constante eletrostática (no vácuo seu valor é igual a 9 x 109 Nm2 /C2).
- q1 e q2 – cargas elétricas (C).
- r: distância entre as cargas (m).
Quando as cargas apresentarem sinais contrários a força de interação entre as cargas será de atração. Já quando tiverem sinais iguais será de repulsão.
Potencial Elétrico
O potencial elétrico é medido em Volts (V). Pode ser definido como o trabalho da força elétrica sobre uma carga eletrizada no deslocamento entre dois pontos. O potencial será dado pela fórmula abaixo, considerando dois pontos A e B, sendo o valor do potencial no ponto B nulo:
VA = TABq
Sendo:
- VA – Potencial elétrico no ponto A (V).
- TAB trabalho para deslocar uma carga do ponto A ao ponto B (J).
- q: Carga elétrica (C).
Diferença de Potencial em um campo elétrico uniforme
Para encontrar a diferença de potencial entre dois pontos em um campo uniforme, usamos a seguinte fórmula:
U = VA – VB = E . d
Sendo:
- U – diferença de potencial (V).
- VA – potencial no ponto A (V).
- VB – potencial no ponto B (V).
- E: campo elétrico (N/C ou V/m).
- d: distância entre as superfícies equipotenciais (superfícies com mesmo potencial) (m).
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FAQ – Perguntas Frequentes
1. Qual é a diferença entre campo elétrico de afastamento e de aproximação?
O sentido do campo depende exclusivamente do sinal da carga geradora (Q). Se a carga geradora for positiva, o campo é de afastamento (linhas saindo da carga). Se for negativa, o campo é de aproximação (linhas entrando na carga). Esse sentido não muda, independentemente da carga de prova (q) que você colocar lá.
2. Como calcular a intensidade do campo elétrico (E) em um ponto?
Para calcular a intensidade do campo gerado por uma carga fixa a uma certa distância, utilizamos a fórmula:
E = k0 * |Q| / d^2
(Onde E é o campo em N/C, k0 é a constante eletrostática, Q é o módulo da carga e d é a distância em metros).
3. Qual a relação entre Força Elétrica (F) e Campo Elétrico (E)?
A força elétrica que atua sobre uma carga de prova (q) colocada em um campo (E) é calculada pela fórmula:
F = |q| * E
Se a carga de prova (q) for positiva, a força terá o mesmo sentido do campo. Se a carga for negativa, a força terá sentido oposto ao do campo.
4. O que é um Campo Elétrico Uniforme (CEU)?
É um campo onde o vetor campo elétrico possui a mesma intensidade, direção e sentido em todos os pontos. Ele é comumente representado pelo espaço entre duas placas planas e paralelas com cargas opostas. Nesses casos, as linhas de força são retas paralelas e igualmente espaçadas.
5. Como calcular a Diferença de Potencial (U) em um campo uniforme?
A relação entre a diferença de potencial (voltagem) entre dois pontos e a intensidade do campo elétrico uniforme é dada pela fórmula:
U = E * d
(Onde U é a diferença de potencial em Volts, E é o campo elétrico e d é a distância entre os pontos na direção das linhas de campo).
6. O que diz a Lei de Coulomb sobre a força entre duas cargas?
A Lei de Coulomb estabelece que a força de interação entre dois corpos carregados é proporcional ao produto das cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância:
F = ke * |Q1 * Q2| / d^2
(Onde F é a força em Newtons, ke é a constante eletrostática, Q1 e Q2 são as cargas e d é a distância entre elas).
