Força, Campo E Potencial Elétrico

INTRODUÇÃO

O estudo da eletricidade e do magnetismo remonta aos gregos antigos e tomou grande impulso no século XVIII, com as contribuições de Franklin, Priestley, Mitchell e Coulomb entre outros. No início do século XIX, Oersted descobriu que os fenômenos elétricos e magnéticos eram da mesma natureza, ao perceber que a agulha de um imã era perturbada quando colocada nas proximidades de um fio percorrido por uma

corrente. Já nos meados desse século, Maxwell conseguiu formalizar as leis do eletromagnetismo em quatro equações, cuja importância é a mesma que as leis de Newton estão para a mecânica. Com essas equações se previu a existência das ondas eletromagnéticas bem como se pode determinar a natureza ondulatório-

eletromagnética da luz. Dessa forma, a ótica, que era considerada como uma matéria à parte, passou também a se integrar no escopo de estudo da teoria eletromagnética.

Não vamos neste curso nos alongar na parte inicial da eletrostática, uma vez que isso já foi objeto de estudo durante o curso de segundo grau. Consideramos como sabidos fatos como a existência de cargas elétricas positivas e negativas, eletrificação por indução, atração e repulsão de cargas, a unidade de carga no Sistema Internacional (SI) como sendo o Coulomb (C), etc. Iremos, entretanto, reafirmar dois princípios básicos do eletromagnetismo:

a. Princípio da conservação de cargas: a carga total (que é a soma algébrica de todas as cargas, sejam elas positivas ou negativas) deve ser conservada. Assim, em um processo de eletrificação de corpos as cargas são transferidas de um corpo ao outro, ao invés de serem criadas ou destruídas. Esse processo torna-se ligeiramente diferente quando da aniquilação de um elétron com um pósitron, gerando radiação gama. Observe que a carga total permanece nula em todo o processo.

b. Princípio de quantização de carga. Esse princípio afirma que toda a carga é múltiplo inteiro de uma carga elementar e, que é, em módulo, igual à carga do elétron. Não existe um valor de carga menor que e e nem um múltiplo não inteiro desse valor. O valor de e vale 1,602 x 10-19 C.

Uma vez estabelecidas estas premissas, iremos então iniciar nosso estudo com:

A LEI DE COULOMB

Suponha duas cargas e isoladas de qualquer outra distribuição de cargas e campos

eletromagnético ou gravitacional. Segundo Coulomb a força que cada carga sofre é diretamente proporcional ao produto das cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância que as separam. Assim podemos escrever, por exemplo, que a força sobre a carga exercida pela carga será:

F 21=K q1q2

_______

2

r21

Analogamente a força sobre exercida por será: q1 q2

F = Kq1q2

¬¬______

2

r22

onde r12=r21 é a distância que separa as cargas. Se as cargas tiverem sinais opostos, a força será atrativa e se os sinais forem iguais, a força será repulsiva. A constante de proporcionalidade K depende do meio onde estão inseridas as cargas e seu valor dependendo do sistema de unidades.

CAMPO ELÉTRICO

Um campo eléctrico é o campo de força provocado por cargas elétricas, ou por um sistema de cargas. Cargas elétricas num campo elétrico estão sujeitas a uma força elétrica.

Quando um corpo se encontra eletrizado gera um campo elétrico à sua volta. Cada ponto do campo elétrico é caracterizado por um vetor E . Toda e qualquer carga colocada num desses pontos permanecerá subordinada a uma força elétrica. A carga Q gera um campo elétrico no espaço em torno dela e esse campo elétrico é responsável pela força elétrica F que atua na carga q.

E = KQ/d.d

onde:

K = constante

Q = carga

d = distância

Campo eléctrico uniforme

É definido com uma região em que todos os pontos possuem