Campo elétrico
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| Eletromagnetismo |
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 Representação do vetor campo elétrico de uma onda eletromagnética circularmente polarizada. |
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História
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Um campo elétrico (AO 1945: campo eléctrico) é o campo de força provocado pela ação de cargas elétricas, (elétrons, prótons ou íons) ou por sistemas delas. Cargas elétricas colocadas num campo elétrico estão sujeitas à ação de forças elétricas, de atração e repulsão.
A fórmula usada para se calcular a intensidade do vetor campo elétrico (E) é dada pela relação entre a força elétrica (F) e a carga de prova (q):
- <math>\mathbf{E}=\frac{\mathbf{F}}{|q|}</math>
Unidade no Sistema Internacional de Unidades:
- <math>[E]=\frac{N}{C}\qquad(N/C)</math>
Vetor campo elétrico
O campo elétrico em um ponto é uma grandeza vetorial, portanto é representado por um vetor. Para verificarmos a sua presença neste ponto, colocamos neste uma carga de prova positiva. Se esta ficar sujeita a uma força eletrostática, dizemos que a região em que a carga se encontra está sujeita a um campo elétrico. O vetor campo elétrico tem sempre a mesma direção da força a que a carga está sujeita, e o sentido é o mesmo da força. O módulo é calculado da seguinte forma:
<math>\vec{E}=\frac{\vec{F}}{q}</math> onde, caso a carga seja puntiforme, <math>|\vec{F}|=\frac{K.|Q|.|q|}{d.d}</math> (lei de Coulomb)
O módulo do vetor campo elétrico pode ser definido por:
<math>E=\frac{F}{q}</math>
Substituindo <math>F \Rightarrow E=\frac{K.|Q|}{d^2}</math>
<math>\vec{K} = \frac{1}{4\pi\varepsilon_0} = 8,99 \times 10^9</math>, é a constante eletrostática do meio e <math>\varepsilon_0=8,85\times10^{-12}</math> é a constante de permissividade do vácuo. Nota-se, por essa expressão, que o campo elétrico gerado por uma carga em um ponto é diretamente proporcional ao seu valor e inversamente proporcional ao quadrado da distância.
Campo elétrico devido a uma carga elétrica
O campo elétrico sempre "nasce" nas cargas positivas (vetor) e "morre" nas cargas negativas. Isso explica o sentido do vetor mencionado acima. Quando duas cargas positivas são colocadas próximas uma da outra, o campo elétrico é de afastamento, gerando uma região entre as duas cargas isenta de campo elétrico. O mesmo ocorre para cargas negativas, com a diferença de o campo elétrico ser de aproximação. Já quando são colocadas próximas uma carga positiva e uma negativa, o campo "nasce" na primeira, e "morre" na segunda.
Na equação: F = K.Q.q/d² , K é a constante eletrostática do meio e não a constante dielétrica.
Campo elétrico uniforme
É definido como uma região em que todos os pontos possuem o mesmo vetor campo elétrico em módulo, direção e sentido. Sendo assim, as linhas de força são paralelas e equidistantes.
Para produzir um campo com essas características, basta utilizar duas placas planas e paralelas eletrizadas com cargas de mesmo módulo e sinais opostos. Um capacitor pode ser citado como exemplo de criador de um campo elétrico uniforme.
Linhas de força
As cargas de prova positivas encontram-se em movimento dentro de um campo elétrico. A partir da trajetória dessas cargas, traçam-se linhas que são denominadas linhas de força, que têm as seguintes propriedades:
- Saem de cargas positivas e chegam nas cargas negativas;
- As linhas são tangenciadas pelo campo elétrico;
- Duas linhas de força nunca se cruzam;
- A intensidade do campo elétrico é proporcional à concentração das linhas de força.
Campo elétrico gerado por uma esfera (oca) condutora
Quando uma esfera está eletrizada, as cargas em excesso repelem-se mutuamente e por isso migram para a superfície externa da esfera, atingindo o equilíbrio eletrostático. Assim, o campo elétrico dentro da esfera (em equilíbrio eletrostático) é nulo, já que não há uma força que atraia uma carga para dentro do corpo. Lembrando que na superfície da esfera, K|Q|/d é multiplicado por 1/6.
- <math>E_i=0\quad</math> (No interior da Esfera)
- <math>E=\frac{k \cdot Q}{R^2}</math> (superfície exterior próxima da esfera)
- <math>E=\frac{k \cdot Q}{(R+d)^2}</math> (distante da esfera), onde R é o raio da esfera.
Campo elétrico gerado por várias cargas pontuais
É calculado através de uma soma vetorial, que ajudará a chegar ao campo resultante.
Para um sistema constituído de várias cargas elétricas, todas elas interagem simultaneamente.
<math>F^2=f_1^2+ f_2^2+ 2\cdot f_1 \cdot f_2 \cdot \cos \theta </math>
História
Os estudos a respeito da eletricidade estática, criadora dos campos eléctricos, remontam a Tales de Mileto. O filósofo e estudioso da natureza descreveu o fenômeno que consiste em uma barra de âmbar (seiva petrificada) que atrai pequenos objetos depois de esfregada com uma pele de coelho. No quotidiano, é o mesmo que esfregar uma caneta de plástico (material isolante) contra um pano ou o próprio cabelo. Em ambas as situações, o objecto fica eletricamente carregado.
Bibliografia
- Tipler, Paul A. - Física (4a Edição), Vol 2. Editora LTC