Noções sobre campo elétrico
Um dos conceitos mais importantes da Física é o de campo. Ele se refere a uma região em que ocorrem certas interações, com determinadas regras, em um intervalo de tempo. Para facilitar a compreensão desse contexto, podemos fazer uma analogia com o nosso dia a dia. Quando consideramos, por exemplo, uma quadra de vôlei em que está ocorrendo um jogo, estamos falando de um espaço onde estão acontecendo interações que seguem as regras do vôlei, durante certo tempo. Quando o jogo termina, a quadra deixa de ser um campo, porque as interações deixaram de existir.
Em Física, a ideia de campo está relacionada à propriedade de uma região ou de um ponto de espaço devido à existência de algum agente físico. No exemplo acima, podemos considerar os jogadores como agente físico.
A presença de um agente físico em um ponto altera o espaço em torno dele, de modo que podemos atribuir a cada ponto uma grandeza física que o caracteriza.
Para esclarecer melhor esse conceito de campo como propriedade do espaço, podemos usar como exemplo o planeta Terra. Sabemos que qualquer corpo próximo do planeta será atraído em sua direção. Isso ocorre devido a uma propriedade adquirida pelo espaço ao redor do planeta, denominada campo gravitacional. O campo gravitacional da Terra é uma propriedade da região do espaço ao redor em que os corpos são atraídos para nosso planeta, isto é, sofrem a influência dele.
É preciso também ficar clara a ideia de que a existência do campo gravitacional da Terra está intimamente ligada à existência do planeta. Se a Terra deixasse de existir, seu campo também desapareceria. Isso indica que a fonte de um campo e o campo em si não podem ser isolados, já que um não existe sem o outro. A Física procura medir a influência exercida por um campo e definir sua fonte (agente físico) considerando essa interdependência.
No caso do campo gravitacional da Terra, sobre qualquer corpo situado em um ponto desse campo atuará uma força de atração, que é a força gravitacional ou peso, dirigida para o centro do planeta.
O mesmo acontece com as cargas elétricas ou com um corpo eletrizado. Colocando-se um eletroscópio próximo a um campo eletrizado, nota-se que a esfera metálica é tirada de seu equilíbrio devido a uma força de repulsão ou atração, dependendo do sinal das cargas dos corpos. Com esse procedimento é possível verificar a existência de um campo na região ao redor do corpo eletrizado que interage com a esfera do eletroscópio. A esse campo damos o nome de campo elétrico, que é um campo de força de origem elétrica. Assim, chamamos de campo elétrico o espaço ao redor de uma carga elétrica.
Campo elétrico
Campo elétrico é uma grandeza física vetorial que mede o módulo da força elétrica exercida sobre cada unidade de carga elétrica colocada em uma região do espaço sobre a influência de uma carga geradora de campo elétrico.
Em outras palavras, o campo elétrico mede a influência que uma certa carga produz em seus arredores. Quanto mais próximas estiverem duas cargas, maior será a força elétrica entre elas por causa do módulo do campo elétrico naquela região.
Como calculamos o campo elétrico?
Para calcularmos o campo elétrico produzido por cargas pontuais (cujas dimensões são desprezíveis), dispostas no vácuo, podemos utilizar a seguinte equação:
Para que a unidade do campo elétrico (E) esteja definida no Sistema Internacional de Unidades, é necessário que as outras grandezas da equação também estejam. As legendas abaixo mostram quais são os termos da equação do campo elétrico e as suas unidades no SI:
Legenda:
E – módulo do campo elétrico [N/C ou V/m]
Q – carga geradora do campo elétrico [C – Coulomb]
k0 – constante eletrostática do vácuo [8,99.109 N.m²/C²]
d – distância do ponto até a carga geradora [m – metro]
Q – carga geradora do campo elétrico [C – Coulomb]
k0 – constante eletrostática do vácuo [8,99.109 N.m²/C²]
d – distância do ponto até a carga geradora [m – metro]
Campo elétrico e força elétrica
Toda carga elétrica apresenta seu próprio campo elétrico. No entanto, para que surja a força elétrica, é necessário que o campo elétrico de pelo menos duas cargas interajam. A resultante vetorial dos campos elétricos de cada uma das cargas dita, nesse caso, para qual direção e sentido surgirá a força sobre as cargas. Em posições nas quais o campo elétrico resultante é nulo, por exemplo, não é possível que haja força elétrica.
A relação que pode ser estabelecida entre o campo elétrico e a força elétrica é dada pela seguinte equação:
Legenda
E – campo elétrico [N/C ou V/m]
F – força elétrica [N - Newton]
q – carga elétrica de prova [C – Coulomb]
Direção e sentido do vetor campo elétrico
O campo elétrico das cargas positivas sempre deve apontar para “fora” das cargas, na direção do seu raio, enquanto o campo elétrico das cargas negativas deve apontar para “dentro” delas.
Para facilitar a visualização do campo elétrico, desenhamos linhas cujas direções tangentes sempre indicam a direção e o sentido do campo elétrico. Essas linhas são chamadas de linhas de força:
Atração e repulsão entre cargas elétricas
A atração e a repulsão elétrica dependem do sinal das cargas elétricas envolvidas. As cargas de mesmo sinal sofrem repulsão elétrica ao passo que as cargas de sinais diferentes sofrem atração. Observe as figuras que mostram as linhas de força entre cargas elétricas:
Entre cargas de sinal diferente, a resultante do campo elétrico aponta sempre em direção à outra carga. Com isso, surge a força de atração elétrica.
Entre cargas de sinal igual, a resultante do campo elétrico aponta na direção oposta à posição das cargas, promovendo uma força elétrica de repulsão entre elas.
Assistir à vídeoaula complementar a seguir:
(Opcional):
Estudo Complementar
retirado do Link:
ATIVIDADE DE AVERIGUAÇÃO DA APRENDIZAGEM
Observação: A atividade a seguir é obrigatória, deverá ser respondida no caderno usando caneta azul ou preta e entregue a professora via whatsapp.
1. Sobre campo elétrico analise as afirmações a seguir:
I. O campo elétrico possui intensidade, direção e sentido, ou seja, é uma grandeza vetorial.
II. Não existe campo elétrico, se não existir força elétrica.
III. É impossível desvincular uma carga elétrica de seu próprio campo elétrico.
IV. Se em determinada região existir um campo elétrico, então uma carga elétrica colocada nessa região ficará a uma força elétrica.
Use: C (certo) ou E (errado).
a) CCCC
b) ECEE
c) EEEE
d) CECC
b) ECEE
c) EEEE
d) CECC
e) CECE
2. Observe a figura abaixo, identifique os sinais das cargas e justifique os sinais indicados.
3. Determine a intensidade do campo elétrico gerado a 0,20 m de uma carga elétrica puntiforme Q = 4,0 . 10-8 C, no vácuo. Dado k0 = 9,0 . 109 N. m2\C2.
4. Experimento.
Nessa experiência o objetivo é detectar a existência de um campo elétrico nas proximidades da tela de um televisor ligado.
A experiência é muito simples: corte uma tira de papel ofício. Aproxime-a da tela de um televisor desligado. Mantenha-a a uns 5 cm da tela, ligue o televisor.
O que ocorreu? Como explicar? Quais os fenômenos envolvidos?
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