Campo Elétrico
A expressão E= F/q nos permite calcular a intensidade do campo elétrico, quaisquer que sejam as cargas que criam este campo. Vamos aplicá-la a um caso particular, no qual a carga que cria o campo é uma carga puntual.
Consideremos, então, uma carga puntual Q, no ar, e um ponto situado a uma distância r desta carga (fig.05). Se colocarmos uma carga de prova q neste ponto, ela ficará sujeita a uma força elétrica , cujo módulo poderá ser calculado pela lei de Coulumb, isto é,
F = k0 Qq/r2
como E = F/q, obtemos facilmente
E = k0 Q/r2
Portanto, esta expressão nos permite calcular a intensidade do campo em um certo ponto, quando conhecemos o valor da carga puntual Q que criou este campo e a distância do ponto a esta carga. Observe, entretanto, que esta expressão só pode ser usada para este caso (campo criado por uma carga puntual).
Consideremos várias cargas elétricas puntuais Q1 , Q2 , Q3 etc., como mostra a fig.06.
Suponhamos que desejássemos calcular o campo elétrico que o conjunto destas cargas criam em um ponto P qualquer do espaço. Para isto devemos calcular, inicialmente, o campo1 criado em P apenas pela carga Q1. Como Q1 é uma carga puntual, o valor de E1 poderá ser calculado usando-se a expressão e = k0Q/r2. A direção e o sentido de 1, mostrado na fig.06, foram determinados de acordo com o que vimos na seção anterior. A seguir, de maneira análoga, determinamos o campo 2 , criado por Q2 , o campo 3, criado por Q3 etc. O campo elétrico , existente no ponto P, será dado pela resultante dos campos 1, 2, 3 etc. produzidos separadamente pelas cargas Q1, Q2, Q3 etc., isto é,
= 1 + 2 +3 + ...
Imaginemos, agora, que tivéssemos uma esfera eletrizada, possuindo uma carga Q distribuída uniformemente em sua superfície. Supondo que o raio desta esfera não seja desprezível, estaremos diante de uma situação nova, isto é, uma carga Q não puntual, criando uma campo elétrico no espaço em torno dela.
Para calcular o campo elétrico em um ponto P exterior à esfera (fig.07-a), teríamos que usar um artifício: imaginaríamos a esfera dividida em pequenas porções, de tal modo que a carga /\Q existente em cada porção pudesse ser considerada como uma carga puntual. Cada uma dessas pequenas cargas /\Q criaria em P um pequeno campo /\(fig.07-a), que poderia ser facilmente calculado. O campo em P, devido à carga total, Q, da esfera seria obtido somando-se vetorialmente estes pequenos campos.
Realizando-se esta operação, chega-se ao seguinte resultado: o campo , criado em P pela carga Q da esfera, tem a direção e o sentido mostrado na fig.07-b e seu módulo é dado por
onde r é a distância do ponto P ao centro da esfera. Observe
que esta expressão é idêntica àquela que nos fornece
o campo elétrico criado por uma carga puntual. Concluímos, então,
que o campo criado por uma esfera eletrizada, em pontos exteriores a ela,
pode ser calculado imaginando-se que toda a carga da esfera estivesse concentrada
(como se fosse uma carga puntual) em seu centro.
Se na fig.07-b considerássemos um ponto situado bem próximo
à superfície da esfera, sua distância ao centro dela seria
praticamente igual a R (raio da esfera). Portanto, o campo neste ponto seria
dado por
Deve-se salientar que a análise que acabamos de fazer só é válida para pontos exteriores à esfera.
Fonte: educar.sc.usp.br
O conceito de linhas de força foi introduzido pelo físico inglês M. Faraday, no século passado, com a finalidade de representar o campo elétrico através de diagramas.
Para que possamos compreender esta concepção de Faraday, suponhamos uma carga puntual positiva Q criando um campo elétrico no espaço em torno dela. Como sabemos, em cada ponto deste espaço temos um vetor , cujo módulo diminui à medida que nos afastamos da carga. Na fig.08-a estão representados estes vetores em alguns pontos em torno de Q.
Consideremos os vetores 1 , 2 , 3 etc., que tem a mesma direção, e tracemos uma linha passando por estes vetores e orientada no mesmo sentido deles, como mostra a fig. 08-b. Esta linha é, então é tangente a cada um dos vetores 1 , 2 , 3 etc. Uma linha como esta é denominada linha de força do campo elétrico. De maneira semelhante, podemos traçar várias outras linhas de força do campo elétrico criado pela carga Q, como foi feito na fig.08-b. Esta figura nos fornece uma representação do campo elétrico da maneira proposta por Faraday.
Se a carga criadora do campo for uma carga puntual negativa, sabemos que o vetor , em cada ponto do espaço, estará dirigido para esta carga, como mostra a fig.09-a. Podemos, então, traçar, também neste caso, as linhas de força que representarão este campo elétrico. Observe, na fig.09-b, que a configuração destas linhas de força é idêntica àquela que representa o campo elétrico da carga positiva, diferindo apenas no sentido de orientação das linhas de força: no campo da carga positiva as linhas divergem a partir da carga e no campo de uma carga negativa as linhas convergem para a carga.
Consideremos duas placas planas, paralelas, separadas por uma distância pequena em relação às dimensões destas placas. Suponhamos que elas estejam uniformemente eletrizadas com cargas de mesmo módulo e de sinais contrários, como mostra a fig.10.
Se colocarmos uma carga de prova positiva q em um ponto P1 situado entre as placas (fig.10), esta carga ficará sujeita à ação de uma força , devido ao campo elétrico criado pelas placas no espaço entre elas.
A força é perpendicular às placas e está orientada, como você poderia prever, da placa positiva para a negativa. Deslocando-se a carga de prova q para outro ponto qualquer entre as placas, verifica-se que irá atuar sobre q uma força F de mesmo módulo, mesma direção e mesmo sentido que aquela que atuava quando q se encontrava em P1. Concluímos, então, que o campo elétrico existente entre as placas tem, em qualquer ponto, o mesmo módulo, a mesma direção e o mesmo sentido.
Um campo como este é denominado campo elétrico uniforme e pode ser representado por um vetor , como aquele indicado no ponto P da fig.10.
Na fig.11 estão traçadas as linhas de força do campo existente entre as duas placas.
Observe que estas linhas são paralelas (a direção de não varia) e igualmente espaçadas (o módulo de é constante), indicando que o campo elétrico nesta região, é uniforme. Deve-se notar, entretanto, que estas considerações são válidas para pontos não muito próximos das extremidades das placas. De fato, como mostra a fig.11, nestas extremidades as linhas de força são curvas, indicando que aí o campo deixa de ser uniforme.
Fonte: educar.sc.usp.br
