Campo Elétrico
Definição:
Em um ponto no espaço existirá um campo elétrico
quando uma carga q de prova sofrer uma ação em decorrência
de uma força de origem elétrica. O campo elétrico de um ponto
no espaço pode ser representado por um vetor Eà
O módulo de Eà determina a intensidade do campo
elétrico naquele ponto e vale:
A unidade usada para campo elétrico é N/C.
Temos, portanto duas fórmulas para determinar o valor
do campo, a primeira em função da força F e da carga que sofre
ação do campo, e a segunda em função da carga da fonte
pontual que criou o campo, da distância entre ela e a carga que
sofre ação do campo e em função da constante k (mesma da Lei
de Coulomb).
A direção e o sentido do campo elétrico são determinados
pela força Fà que uma carga de prova q+ (positiva) sofre em
dado ponto do espaço.
Obs.: Uma carga positiva tende sempre a se deslocar no sentido
do campo elétrico existente, já a carga negativa tende a se
deslocar no sentido contrario ao do campo.
Campo resultante:
Quando queremos calcular o campo elétrico que um
número plural de cargas cria em um dado ponto P no espaço,
devemos calcular o Eà criado por cada uma destas cargas neste
ponto e fazer a soma vetorial de todos estes campos, a fim
encontrar o resultante.
Campo criado por uma esfera:
Quando se quer descobrir o módulo, direção e sentido de
um campo Eà criado por uma esfera de dimensões
consideráveis, basta imaginar que toda a carga espalhada no
objeto em questão esteja concentrada em seu centro, de modo
que se possa interpretar esta esfera como uma carga pontual e,
portanto, adepta as formulas de campo e força conhecidas.
Obs.: quando isso acontecer a distancia utilizada na lei de
Coulomb e, por consequência, na fórmula de campo elétrico,
será igual a distancia entre a carga que sofre ação do campo e o
centro da esfera criadora do campo.
Linhas de força:
Modelo criado com o objetivo de facilitar a visualização de
todos os vetores Eà de um dado campo elétrico.
-As linhas de força convergem para as cargas negativas e
divergem das cargas positivas.
-A direção e sentido de cada vetor Eà pode ser determinado ao
se traçar a tangente a linha de força que passa pelo local
desejado.
-A intensidade do campo elétrico pode ser determinada pelo
espaçamento entre as linhas de força na medida que, quanto
mais próximas estiverem mais intenso será o campo naquele
local.
(Campo em B é mais
intenso do que em A)
Obs.1: Linhas de força igualmente espaçadas representam um
campo uniforme.
Obs.2:Como as linhas de força representam o campo elétrico
resultante em cada ponto do espaço, seria incoerente o fato de
que houvessem locais de encontro entre duas ou mais linhas de
força, pois originariam dois ou mais possíveis vetores Eà.
Portanto, as linhas de força nunca se cruzam.
Campo Uniforme:
Um campo elétrico é uniforme em uma dada região do
espaço quando ele apresenta o mesmo módulo, a mesma
direção e o mesmo sentido em todos os pontos dessa região.
Comportamento de um condutor eletrizado:
Quando um objeto condutor estiver eletrizado, os elétrons
tenderão a sofrer repulsão uns dos outros de modo que fiquem
igualmente espalhados ao longo da superfície externa do
material, atingindo assim uma situação de equilíbrio
eletrostático (exemplificado pela cor azul da imagem).
Se um condutor eletrizado estiver em equilíbrio eletrostático, o
campo elétrico será nulo em todos os pontos do seu interior
pois, caso contrario, haveria movimentação de elétrons em seu
interior, situação esta que não caracteriza um equilíbrio
eletrostático (exemplificado pelo interior branco da imagem).
Quanto aos pontos na superfície do condutor, todos eles
apresentarão o E- perpendicular a sua superfície ( pontos B,C e
D) uma vez que, se assim não fosse, haveria uma componente
deste vetor que tangenciaria a superfície, de modo a gerar um
movimento de cargas e consequentemente descaracterizaria a
situação como a de um equilíbrio eletrostático (ponto A).
Obs.: Este comportamento pode ser observado tanto em
condutores maciços como em condutores ocos.
Blindagem Eletrostática:
Dadas as características acima citadas, objetos
condutores são frequentemente utilizados para produzir uma
blindagem eletrostática, uma vez que o campo elétrico em seu
interior é nulo e as pelo fato de as cargas estarem todas
localizadas na superfície externa do condutor.
Objetos isolantes:
É sabido que os objetos isolantes são aqueles cujos
elétrons estão ligados aos núcleos dos seus átomos, logo caso
seja aplicado um campo elétrico neles os elétrons não irão se
movimentar ao longo da matéria de forma que não haja
condução de eletricidade. Entretanto, caso o campo elétrico
aplicado seja muito intenso, os elétrons irão sofrer uma força
suficientemente forte para desprendê-los dos núcleos dos seus
átomos, isto é, eles passarão a ser elétrons livres, tornando
assim um isolante em um condutor. O maior valor do campo
elétrico que pode ser aplicado a um isolante sem que ele se
torne condutor é denominado rigidez dielétrica, valor este que
varia de um material para outro.
Os raios ocorrem quando uma nuvem intensamente
carregada induz a polarização da terra, criando um campo
elétrico forte o suficiente para romper com a rigidez dielétrica
do ar.
Poder das pontas: Objetos condutores pontiagudos
dificilmente se mantém eletrizado, pois a carga elétrica tende a
se acumular nas regiões pontiagudas. Sendo assim o campo
elétrico próximo às pontas do condutor se mostra mais intenso
e, portanto, mais propicio a romper a rigidez dielétrica do ar de
modo que a carga armazenada no condutor se escoará.