Introdução
O vetor campo elétrico em um ponto do espaço é definido como a relação entre
a força que uma carga sente, se for colocada naquele ponto, e o valor dessa
carga. Isto é, se colocarmos uma carga q em um ponto em que o campo é , a
força sobre esta carga será:
logo
Para se medir o campo elétrico, portanto, deve-se medir a força que age sobre
uma carga conhecida.
Uma forma alternativa, e mais prática, de se medir o campo elétrico é fazê-lo a
partir do potencial elétrico. Quando uma carga q é deslocada de um ponto com
potencial VA para outro ponto com potencial VB, o campo elétrico realiza sobre
ela um trabalho q (VA - VB). Como o trabalho é a projeção da força na direção
do deslocamento multiplicada pela distância percorrida, a força poderá ser
calculada se conhecermos o potencial e a distância, sempre que a força for
paralela a direção do deslocamento.
Ou seja,
Se conhecermos duas superfícies, nas quais o potencial elétrico é constante –
as equipotenciais – podemos calcular o campo elétrico médio entre elas
lembrando que o campo é sempre perpendicular às equipotenciais e utilizando a
fórmula acima para calcular seu valor.
Infelizmente, é muito difícil medir diretamente os campos eletrostáticos, pois as
cargas envolvidas, em geral, são muito pequenas e podem ser alteradas no
processo de medição. Neste experimento, substituímos o dielétrico, que
normalmente separa as cargas (vácuo ou isolante), por uma solução condutora.
Como em todo condutor, as cargas se movimentam dentro da solução e devem
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ser rapidamente substituídas de modo a manter o campo constante. Isso se
consegue com o uso de uma fonte de tensão constante. Como veremos, o
potencial elétrico dentro da solução pode ser facilmente medido e a partir dele
podemos calcular o campo elétrico.
Um conceito bastante útil na visualização de um campo elétrico é o de linha de
força. Uma linha de força é uma linha que é paralela ao campo elétrico em
qualquer ponto. Assim, quando desenhamos uma linha de força temos uma
idéia bastante clara da "forma" do campo elétrico. Na figura 1, o campo elétrico
é representado por linhas de força e por equipotenciais em duas situações
simples. Uma propriedade importante das linhas de força é que elas são sempre
perpendiculares às equipotenciais.
As linhas de força têm a mesma orientação que o campo elétrico,dessa forma
elas saem das cargas positivas e entram nas cargas negativas. Observe como a
forma das linhas de força na figura 1 se dobram para fora sugerindo
visualmente a repulsão que acontece entre as duas cargas. Como seriam as
linhas de força se todas as cargas positivas da figura 1 fossem substituídas por
cargas negativas? E se apenas uma delas fosse substituída por uma carga
negativa?
Uma limitação da figura é que ela representa as equipotenciais e as linhas de
força apenas no plano do desenho, no entanto, o campo eletrostático ocupa
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todo o espaço em torno das cargas. Sendo assim, as equipotenciais não são
curvas, mas são superfícies e existem linhas de força que saem dos dois lados
do papel, que não conseguimos reproduzir neste tipo de figura.
As unidades que usaremos em nossos experimentos são:
carga elétrica – q – coulomb (C)
campo elétrico – E – newton por coulomb (N/C) ou volts por metro (V/m)
potencial elétrico – V – volt (V)
Fique atento às condições de segurança!
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