Curso De Fisica

COLÉGIO ESTADUAL NILSON SOCORRO - 2006 3º Ano

CURSO DE FÍSICA Módulo 1

Índice

CARGA ELÉTRICA...........................................................................................................................2

Um pouco da história da Eletricidade......................................................................................... 2

O modelo atômico e a carga elétrica...........................................................................................2

Os dois tipos de carga elétrica.....................................................................................................3

Quantidade de eletricidade..........................................................................................................3

Condutores e isolantes................................................................................................................ 4

Exercícios de classe.....................................................................................................................4

Atividades para casa....................................................................................................................5

ELETRIZAÇÃO..................................................................................................................................7

Eletrização por atrito...................................................................................................................7

Eletrização por contato................................................................................................................7

Eletrização por indução...............................................................................................................7

Princípio da Conservação das Cargas Elétricas.......................................................................... 7

Exercícios de classe.....................................................................................................................8

Atividades para casa....................................................................................................................9

FORÇA ELETROSTÁTICA..............................................................................................................11

A Lei de Coulomb.....................................................................................................................11

Exercícios de classe...................................................................................................................11

Atividades para casa..................................................................................................................13

CAMPO ELÉTRICO.........................................................................................................................15

Direção e sentido do campo elétrico......................................................................................... 15

Determinação do vetor campo elétrico..................................................................................... 15

Módulo do campo elétrico........................................................................................................ 16

Exercícios de classe...................................................................................................................16

Energia Potencial Elétrica.........................................................................................................17

Potencial elétrico.......................................................................................................................17

Potencial elétrico gerado por uma carga puntiforme................................................................ 17

Trabalho do campo elétrico.......................................................................................................17

Exercícios de classe...................................................................................................................18

Elaborado por : Wagner Cardoso

Data: Fevereiro / 2006

Versão 1.0

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FÍSICA: CARGA ELÉTRICA Módulo 1

CARGA ELÉTRICA

Um pouco da história da Eletricidade

A partir de agora, iniciaremos o estudo da Eletricidade, uma das partes mais fascinantes da

Física. É através dela que se explicam muitos fenômenos que nos cercam no dia-a-dia. Os

raios são descargas elétricas. A lâmpada da sala de aula, os ferros modernos de passar roupa,

a televisão e o telefone celular, por exemplo, têm o seu funcionamento explicado por ações

elétricas.

O estudo da eletricidade originou-se de algumas observações realizadas aparentemente no

século VI a.C., quando gregos teriam identificado os primeiros fenômenos elétricos. Ao que

tudo indica, Tales de Mileto, um filósofo, após ter atritado um pedaço de âmbar com pele de

animal, verificou que o primeiro passou a atrair objetos leves, tais como a pena de uma ave.

Por alguns séculos, o estudo da eletricidade não evoluiu quase nada. No século XVI, William

Gilbert, um médico inglês, verificou que não somente o âmbar, mas diversas substâncias se

eletrizavam ao serem atritadas. Como em grego a palavra âmbar é elektron, ele chamou esses

materiais de elétricos. Daí nasceu também o nome de eletricidade para esse ramo da Física.

O francês Du Fay verificou que havia dois tipos de eletricidade, fazendo a seguinte experiência:

• Ao atritar o âmbar com um pedaço de lã, este se eletrizava e repelia outro pedaço de

âmbar igualmente eletrizado.

• Do mesmo modo, ao atritar o vidro com um pedaço de lã, este se eletrizava e repelia

outro pedaço de vidro igualmente eletrizado.

• No entanto, o vidro eletrizado atraía o âmbar eletrizado.

Assim se nomeou a eletricidade do vidro de vítrea e a das demais substâncias de eletricidade

resinosa.

Benjamin Franklin, um importante cientista do século XVIII, foi quem nomeou de positiva a

eletricidade vítrea e de negativa a resinosa.

O modelo atômico e a carga elétrica

Sabemos hoje que a matéria é constituída por átomos e que estes, por sua

vez, são formados por três tipos de partículas elementares: prótons, elétrons

e nêutrons.

Segundo o modelo atômico atual, podemos distinguir no átomo duas regiões

distintas: um núcleo central e uma região que o envolve, a eletrosfera. O

núcleo é uma região muito compacta, onde estão os prótons e os nêutrons.

Na eletrosfera estão os elétrons, girando ao redor do núcleo numa trajetória

não conhecida.

Das partículas que constituem o átomo, o elétron foi a primeira a ser descoberta: em 1897; o

próton foi descoberto em 1919, e o nêutron só em 1932.

Em todos os átomos, o número de prótons é igual ao de elétrons. No entanto, o átomo de um

elemento químico é diferente do átomo de outro elemento químico. em cada um, encontramos

uma quantidade particular de prótons e elétrons, que é o seu número atômico. Por exemplo:

• Um átomo de cobre tem 29 prótons e 29 elétrons.

• Um átomo de alumínio tem apenas 13 prótons e 13 elétrons.

“Uma longa viagem começa com um único passo” Lao-Tsé

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As três partículas são dotadas de massa. Próton e nêutron possuem massas quase iguais, ao

passo que o elétron tem uma massa muito menor que a das outras duas. A massa do próton é

1840 vezes maior que a do elétron e, mesmo assim, trata-se de uma massa muito pequena,

resultando uma força de atração gravitacional desprezível entre o elétron e o núcleo do átomo.

Como poderíamos justificar então que o elétron se mantém numa órbita ao redor do núcleo? A

tendência do elétron seria escapar pela tangente, a menos que houvesse uma outra força

centrípeta que o mantivesse em órbita.

Isso levou aos cientistas a concluírem que existe entre próton e elétron uma força muito

intensa responsável pela manutenção dessa órbita, a qual foi denominada força elétrica. Ao

próton e ao elétron foi atribuída a propriedade de possuírem carga elétrica. A grande

pergunta da Física no século XX, sem dúvida nenhuma, foi: “qual seria a natureza dessa força

elétrica?”.

Bem, ela continua sem resposta até hoje, no século XXI. Nós ainda não sabemos e nos

limitamos a responder simplesmente: a origem da força elétrica é a carga elétrica do próton e

do elétron. Apenas podemos afirmar que a carga elétrica é uma propriedade do próton e do

elétron, o que, na realidade, não responde satisfatoriamente à pergunta. Assim, em linguagem

usual, concluímos que:

Os dois tipos de carga elétrica

Inúmeras experiências feitas com prótons e elétrons levaram à conclusão das seguintes

propriedades:

Por outro lado, experiências feitas com os nêutrons revelaram que

estes não geram nenhuma força elétrica, nem de atração nem de

repulsão, quer estejam em presença de elétrons ou de prótons,

ou mesmo entre si.

Isso levou os cientistas a concluírem que existem dois tipos de carga elétrica, uma para o

próton e outra para o elétron. Por mera convenção, estabeleceu-se que a carga do elétron

seria negativa e a do próton positiva.

Quantidade de eletricidade

A quantidade de eletricidade (ou carga elétrica) de um próton é igual à de um elétron, exceto

pelo sinal. A unidade de carga elétrica no Sistema Internacional é o coulomb (C), uma

homenagem ao francês Charles Augustin Coulomb (1736-1806).

Essa unidade representa uma grande quantidade de eletricidade. Por isso usam-se seus

submúltiplos:

microcoulomb ...........

nanocoulomb ............

picocoulomb .............

1μC = 10-6 C

1nC = 10-9 C

1pC = 10-12 C

A carga elétrica do próton foi denominada carga elétrica elementar e seu valor é

representado pelo símbolo e.

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Toda vez que dois corpos se atraem ou se repelem com uma força elétrica, dizemos, por

comodidade, que esses corpos têm carga elétrica

elétron repele elétron

próton repele próton

elétron atrai próton

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Experimentalmente, determinou-se o valor de carga elétrica elementar:

Para um conjunto de n elétrons, dizemos que a quantidade de eletricidade Q desse conjunto

vale: Q = -n ∙ e

Do mesmo modo, um conjunto de n prótons apresenta uma quantidade de eletricidade vale:

Q = +n ∙ e

Condutores e isolantes

Em determinados meios materiais as cargas elétricas se movimentam com relativa facilidade.

São os condutores de eletricidade. quando as cargas elétricas encontram dificuldade para se

movimentar dizemos que o meio é isolante.

Por exemplo, na borracha, no vidro, na lã, nos plásticos, a carga elétrica tem enorme

dificuldade para se movimentar e, por isso, eles são considerados isolantes.

Nos metais, os elétrons se movimentam com relativa facilidade e isso se justifica pelo elevado

número de elétrons livres presentes. Por isso, cobre, alumínio, ouro, prata e outros metais são

considerados condutores.

Exercícios de classe

1. Se um corpo A, eletrizado positivamente, repele outro corpo eletrizado B e este, por sua

vez, atrai um terceiro corpo C, também eletrizado, responda:

a) Quais os sinais das cargas elétricas de B e de C?

b) O que acontecerá se colocarmos A e C em presença um do outro?

2. Uma partícula apresenta carga elétrica negativa de 3,2 ∙ 10-15 C. Essa partícula está com

excesso ou falta de elétrons? Calcule essa diferença.

3. De um corpo neutro retiramos 104 elétrons. Ele ficou com carga elétrica negativa ou

positiva? Qual é o valor de sua carga elétrica?

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e = 1,6 ∙ 10-19 C

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Atividades para casa

1. Na figura, indica-se o sinal da carga elétrica de cada uma das partículas. copie a figura no

seu caderno e pinte uma seta indicando a força elétrica em cada par de partículas.

2. Observe as figuras abaixo, onde a partícula A possui carga elétrica positiva e as partículas

B, C e D estão eletrizadas com cargas elétricas desconhecidas. As setas indicam o sentido

da força elétrica em cada partícula. Copie cada uma das figuras no seu caderno e

identifique o sinal de suas cargas elétricas.

3. Nos vértices de um triângulo ABC estão colocadas três partículas eletrizadas. Sabemos que

a partícula A tem carga elétrica positiva e que ela atrai a partícula B. Sabendo que B atrai a

partícula C:

a) determine os sinais das cargas elétricas de B e de C;

b) responda se a partícula A repele ou atrai a partícula C.

4. O que é carga elétrica elementar?

5. Na eletrosfera de um átomo existem 44 elétrons. Sendo e = 1,6 ∙ 10-19 C o valor da carga

elementar, podemos afirmar que a carga elétrica da eletrosfera e a carga elétrica do núcleo

valem, respectivamente:

a) -70,4 ∙ 10-19 C e zero

b) 3,0 ∙ 10-19 C e zero

c) -7,0 ∙ 10-19 C e +7,0 ∙ 10-19 C

d) -70,4 ∙ 10-19 C e +70,4 ∙ 10-19 C

e) -3,0 ∙ 10-19 C e +3,0 ∙ 10-19 C

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6. Um corpo possui 4 ∙ 1020 elétrons e 3,5 ∙ 1020 prótons. Quanto à carga elétrica desse corpo,

determine:

a) o sinal;

b) a intensidade.

7. (UEC-CE) Um corpo tem 2 ∙ 1018 elétrons e 4 ∙ 1018 prótons. Como a carga elétrica de um

elétron (ou de um próton) vale, em módulo, 1,6 ∙ 10-19 C, podemos afirmar que o corpo

está carregado com uma carga elétrica de:

a) -0,32 C b) 0,32 C c) 0,64 C d) -0,64 C

8. Considerando que e = 1,6 ∙ 10-19 C, quantos elétrons devem ser retirados de um corpo

para que sua carga elétrica final seja 4 C?

9. Um corpo que não está eletricamente carregado contém elétrons? Explique.

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FÍSICA: ELETRIZAÇÃO Módulo 1

ELETRIZAÇÃO

Experimento: Pique em pedacinhos, um lenço de papel e coloque-os sobre uma mesa. Quanto

menores os pedacinhos, melhor. Passe um pente de plástico várias vezes em seus cabelos.

Agora, aproxime o pente dos pepeizinhos.

O que ocorreu? Você sabe explicar de que maneira os papeizinhos foram atraídos?

O fenômeno descrito é uma eletrização. O pente foi eletrizado ao passar em seus cabelos.

Estudaremos três processos básicos de eletrização de corpos: o atrito, o contato e um que é

decorrência da indução eletrostática.

Eletrização por atrito

Ao atritarmos entre si duas substâncias diferentes, elas se eletrizam com cargas elétricas de

sinais opostos. Isso se verifica com isolantes ou condutores de eletricidade.

Como exemplo, esfreguemos um pano de lã sobre um pedaço de vidro. Este cederá elétrons

para a lã e, desse modo, ficará eletrizado positivamente, enquanto a lã, negativamente.

Eletrização por contato

Para eletrizarmos um corpo metálico, podemos fazer uso de um outro corpo previamente

eletrizado, encostando um no outro. Se encostarmos uma esfera de alumínio (neutra) em

outra esfera de alumínio eletrizada negativamente, haverá passagem de elétrons da esfera

eletrizada para a esfera neutra e, ao final, estarão ambas negativas. Na eletrização por contato

os corpos ficarão com cargas elétricas de mesmo sinal.

Eletrização por indução

A indução eletrostática é um fenômeno de separação de cargas elétricas de sinais contrários

em um mesmo corpo. Esse tipo de eletrização ocorre quando aproximamos um corpo

eletrizado de outro corpo neutro.

Princípio da Conservação das Cargas Elétricas

Quando fazemos experiências com corpos eletrizados, tomamos o devido cuidado de isolar

cada um deles. Usamos um pedestal isolante e não tocamos nas esferas metálicas. Desse

modo, o nosso sistema não perderá cargas elétricas para o meio exterior e, durante a

experiência, a soma das cargas elétricas permanecerá constante.

O contato entre dois ou mais corpos favorecerá a troca de cargas elétricas entre eles, não

alterando porém o somatório das cargas elétricas do sistema.

Tomemos como exemplo duas esferas de metal A e B eletrizadas inicialmente com cargas

elétricas +12 e -4, respectivamente. Fazendo um contato entre elas, verificou-se que as novas

cargas elétricas de A e B tornaram-se +5 e +3, respectivamente.

Observemos que:

● o somatório das cargas elétricas de A e B antes do contato era (+12) + (-4) = +8

● o somatório das cargas elétricas de A e B após o contato passou a ser (+5) + (+3) = +8

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Exercícios de classe

1. Observe a tabela ao lado denominada série tribo-elétrica. Ela

é uma sequência ordenada de algumas substâncias e nos dá o

sinal das cargas elétricas adquiridas por dois corpos que se

atritam, conforme indica a regra das setas laterais.

a) Atritando-se um pedaço de vidro com um pano de algodão, o

que ocorrerá?

b) Atritando-se dois pedaços de pano, um de lã e outro de

seda, com que cargas eles se eletrizam?

2. Quando se faz o contato entre duas esferas metálicas idênticas, elas repartem igualmente

entre si suas cargas elétricas. Na figura, estão representadas duas esferas metálicas

idênticas 1 e 2, com cargas elétricas Q1 = +6nC e Q2 = -2nC.

Fazendo-se o contato entre elas, qual será a carga elétrica final

de cada uma?

3. Uma pessoa penteia seus cabelos usando um pente de plástico. O que ocorre com o pente

e com o cabelo?

a) Ambos se eletrizam positivamente

b) Ambos se eletrizam negativamente

c) Apenas o pente fica eletrizado

d) Apenas o cabelo fica eletrizado

e) Um deles ficará positivo e o outro negativo

4. Se retirarmos elétrons de um corpo neutro, ele se eletrizará? Negativamente ou

positivamente?

5. Como podemos conhecer o sinal da carga elétrica de um cabide de plástico que foi

eletrizado e suspenso por um fio?

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vidro

mica

lã

seda

algodão

celulóide

REGRA

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Atividades para casa

1. Considere a tabela ao lado. Ela é uma série tribo-elétrica. Observe a regra de utilização,

válida para o atrito entre duas substâncias.

a) Se atritarmos uma bolinha de vidro oca e leve com um pano

de algodão, qual será o sinal da carga elétrica adquirida pela

bolinha?

b) Se atritarmos uma bolinha de pingue-pongue, feita de

celulóide com um pano de algodão, qual será o sinal da

carga elétrica da bolinha?

c) Aproximando a bolinha de vidro eletrizada da bolinha de

pingue-pongue, haverá atração ou repulsão?

2. Observe a esfera ao lado. Ela é constituída de ebonite, uma resina dura e negra. Atritandoa

com um pedaço de seda, arrancam-se dela aproximadamente 2 · 103 elétrons.

a) A esfera adquiriu carga positiva ou negativa?

b) Sabendo-se que a carga elementar do elétron, em módulo, vale 1,6 · 10-19 C,

qual é a carga elétrica final da esfera?

3. Duas esferas idênticas de alumínio estão eletrizadas com cargas elétricas Q1 = -3nC e Q2

= +7nC. Feito um contato entre elas, qual foi a carga elétrica resultante em cada uma

delas? Observação: 1 nC = 10-9 C.

4. Uma esfera de alumínio possui carga elétrica Q. Uma segunda esfera de alumínio, idêntica

à primeira, estando eletricamente neutra, é encostada a ela. A carga adquirida por essa

segunda esfera foi:

a)

Q

8

c)

Q

2

e) 2Q

b)

Q

4

d) Q

5. Um professor mostra uma situação em que duas esferas metálicas idênticas estão

suspensas por fios isolantes. As esferas aproximam-se uma da

outra, como indicado na figura:

Três estudantes fizeram os seguintes comentários sobre essa

situação:

a) Uma esfera tem carga positiva e a outra está neutra

b) Uma esfera tem carga negativa e a outra tem carga positiva

c) Uma esfera tem carga negativa e a outra está neutra

Dos comentários feitos pelos estudantes, quais são fisicamente possíveis?

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vidro

mica

lã

seda

algodão

celulóide

REGRA

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6. Em dias secos, em ambientes acarpetados, é comum as pessoas receberem pequenas

descargas elétricas ao tocarem em maçanetas e outros

objetos metálicos. Isto se deve:

a) aos objetos metálicos, por serem bons condutores,

absorverem facilmente energia elétrica e se

descarregarem ao serem tocados.

b) ao corpo da pessoa, eletrizado pelo atrito com o

carpete, se descarregar nesses objetos.

c) aos metais se carregarem negativamente e os

dielétricos positivamente, gerando uma corrente

elétrica ao se fechar o circuito.

d) aos objetos metálicos produzirem um aumento local do

campo elétrico, tornando-se eletrizados e causando

descargas ao serem tocados.

e) aos carpetes, em ambientes secos e quentes, emitirem elétrons livres, carregando-se

positivamente e descarregando-se pelo contato.

7. Um bastão de alumínio eletricamente neutro é fixado em suporte de plástico como indica a

figura:

A extremidade A é atritada com um pedaço de tecido,

ficando eletrizada. O que se pode dizer com relação à carga

elétrica da extremidade B?

a) Tem sinal oposto ao da carga elétrica de A, pois se

carrega por indução.

b) É nula, pois apenas a extremidade A foi atritada.

c) Tem o sinal oposto ao da carga elétrica de A, pois o bastão estava inicialmente neutro.

d) É nula, pois o bastão está isolado pelo suporte.

e) Tem o mesmo sinal da carga elétrica de A.

8. Ao atritar uma barra de vidro com um pano de seda, estando ambos inicialmente neutros,

verifica-se que:

a) a barra e a seda ficam descarregadas.

b) a seda fica eletrizada e a barra neutra.

c) a barra fica eletrizada e a seda neutra.

d) a barra e a seda eletrizam-se com cargas de sinais iguais.

e) a barra e a seda eletrizam-se com cargas de sinais opostos.

9. Julgue (V ou F) as seguintes afirmações:

I. Na eletrização por atrito, os dois corpos ficam carregados com cargas de módulos

iguais, porém de sinais contrários.

II. Na eletrização por contato, os corpos ficam eletrizados com cargas de mesmo sinal.

III.No processo de indução eletrostática, o corpo induzido se eletrizará sempre com cargas

de sinal contrário às do indutor.

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FÍSICA: FORÇA ELETROSTÁTICA Módulo 1

FORÇA ELETROSTÁTICA

Vamos trabalhar agora com corpos eletrizados cujas dimensões são desprezíveis em relação às

distâncias que os separam um do outro. É comum denominar esses pequenos eletrizados de

carga elétrica puntiforme.

A Lei de Coulomb

No decorrer do século XVIII o acúmulo de experiências sobre fenômenos elétricos tornou

evidente que o progresso da Eletrostática dependia da determinação quantitativa da força

elétrica que corpos carregados exercem entre si.

As experiências sobre esses fenômenos foram feitas por Coulomb em 1785 revelaram que:

● a intensidade da força entre os corpos eletrizados varia com o inverso do

quadrado da distância entre eles e é diretamente proporcional ao produto dos

valores absolutos das cargas.

A constante de proporcionalidade k depende do meio que envolve os corpos eletrizados.

quando o meio e o vácuo, k, é denominado constante eletrostática e seu valor determinado

experimentalmente, sendo: k=9⋅109 unidades do SI

Algumas características a serem observadas em relação à constante gravitacional G são:

● k depende do meio que envolve os corpos eletrizados e G não depende do meio que

envolve as massas;

● k=9⋅102 Nm2/C2 e G=6,7⋅10−11Nm2/kg 2 , esses valores mostram que a força

gravitacional é bem mais fraca que a força elétrica.

Exercícios de classe

1. Determine a intensidade da força de repulsão entre duas cargas iguais a 1 C que se

encontram no vácuo, distanciadas em 1 m. ( k=9⋅102 Nm2/C2 )

2. Considere os valores das constantes eletrostáticas (k) e gravitacional (G):

a) Elas dependem do meio que envolve as cargas ou as massas?

b) Justifique por que a força eletrostática é mais “forte” que a força gravitacional.

c) Entre duas cargas puntiformes, além da força elétrica entre elas, há também força

gravitacional? Justifique.

d) Determine, utilizando o valor de k no vácuo, a intensidade da força eletrostática entre

duas cargas puntiformes iguais a q=13

⋅10−4C , distanciadas 1 m uma da outra.

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F=k⋅

∣q1∣⋅∣q2∣

d 2

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FÍSICA: FORÇA ELETROSTÁTICA Módulo 1

3. Duas partículas eletrizadas estão fixadas a 3,0 mm uma da outra. Suas cargas elétricas são

idênticas e iguais 2,0 nC, positivas. Determine a intensidade da força eletrostática sabendo

que o meio é o vácuo.

4. No SI as unidades de carga elétrica, de força e de distância são, respectivamente:

a) newton, coulomb e centímetro

b) metro, coulomb e newton

c) coulomb, newton e metro

d) microcoulomb, newton e centímetro

e) microcoulomb, newton e metro

5. (Fuvest-SP) Duas partículas eletricamente carregadas com cargas elétricas positivas de 8,0

μC cada uma estão no vácuo, separadas por uma distância de 30 cm. A força de interação

eletrostática entre elas é:

a) de repulsão e tem módulo igual a 6,4 N

b) de atração e tem módulo de 6,4 N

c) de repulsão e tem módulo igual a 1,6 N

d) de atração e tem módulo igual a 1,6 N

e) de repulsão e tem módulo igual a 6,4 ∙ 108 N

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FÍSICA: FORÇA ELETROSTÁTICA Módulo 1

Atividades para casa

1. (UEL-PR) Duas cargas iguais, de 2⋅10−6C , se repelem no vácuo com uma força de 0,1

N. Sabendo que a constante elétrica no vácuo é de 9⋅109Nm2/C2

, a distância entre

essas cargas, em metros, é de:

a) 0,9

b) 0,6

c) 0,5

d) 0,3

e) 0,1

2. (PUC-MG) Duas cargas elétricas, positivas, estão separadas a uma distância d, no vácuo.

Dobrando-se a distância que as separa, a força de repulsão entre elas:

a) ficará divida por 2

b) ficará multiplicada por 2

c) ficará dividida por 4

d) ficará multiplicada por 4

e) não se alterará

3. (Mackenzie-SP) Duas cargas elétricas puntiformes Q1 e Q2 atraem-se mutuamente com

uma força de intensidade F = 5,4 · 10-2 N, quando estão no vácuo (k = 9 · 109 Nm2/C2), a

1,0 m de distância uma da outra. Se Q1 = 2 μC, Q2 vale:

a) -3 μC

b) -0,33 μC

c) 0,5 μC

d) 2 μC

e) 3 μC

4. (AFA-SP) Duas esferas iguais, carregadas com cargas +16 μC e -4,0 μC são colocadas em

contato uma com a outra e, depois, separadas pela distância de 3,0 cm. A intensidade da

força de repulsão, em newtons, entre elas será: (k = 9 · 109 Nm2/C2).

a) 19

b) 50

c) 160

d) 360

e) 540

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FÍSICA: FORÇA ELETROSTÁTICA Módulo 1

5. (Vunesp-SP) Dois corpos pontuais em repouso, separados por certa distância e carregados

eletricamente com cargas de sinais iguais, repelem-se de acordo com a Lei de Coulomb.

a) Se a quantidade de carga de um dos corpos for triplicada, a força de repulsão elétrica

permanecerá constante, aumentará (quantas vezes?) ou diminuirá (quantas vezes?)?

b) Se forem mantidas as cargas iniciais, mas a distância entre os corpos for duplicada, a

força de repulsão elétrica permanecerá constante, aumentará (quantas vezes?) ou

diminuirá (quantas vezes?)?

6. (Mackenzie-SP) Duas cargas elétricas puntiformes distam 20 cm uma da outra. Alterando

essa distância, a intensidade da força de interação eletrostática entre as cargas fica

multiplicada por 4. A nova distância entre elas é:

a) 10 cm

b) 20 cm

c) 30 cm

d) 40 cm

e) 50 cm

7. (FEI-SP) Na figura as pequenas esferas A e B têm cargas iguais Q1 = Q2 = -2 μC. A esfera

A é fixa e a esfera B, cuja massa é 160 g, mantém-se em equilíbrio sobre a reta vertical

que passa por A. Na situação de equilíbrio, a distância h entre as esferas vale (em

centímetro):

a) 1

b) 5

c) 10

d) 15

e) 20

8. Três partículas com cargas elétricas idênticas estão alinhadas como mostra a figura. A

partícula C exerce sobre B uma força elétrica de intensidade 6,0 · 10-6 N. Qual a

intensidade da força elétrica resultante da ação de A e C sobre B?

“Uma longa viagem começa com um único passo” Lao-Tsé

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COLÉGIO ESTADUAL NILSON SOCORRO - 2006 3º Ano

FÍSICA: CAMPO ELÉTRICO Módulo 1

CAMPO ELÉTRICO

Os efeitos elétricos que ocorrem nas proximidades de cargas elétricas são atribuídos à

existência de um campo elétrico. Vejamos um exemplo concreto: se aproximarmos um dos

nossos braços da tela de um televisor ligado, notaremos que seus pêlos ficam eriçados. Isso

mostra que as cargas elétricas da tela do televisor geram um campo elétrico.

Uma esfera eletrizada também gera à sua volta um campo elétrico. Podemos detectá-lo

usando uma carga elétrica puntiforme como carga de prova. Assim que ela for colocada nas

proximidades da esfera, surgirá nela uma força de origem elétrica, demonstrando a presença

do campo elétrico.

O campo elétrico possui intensidade, direção e sentido, ou seja, é uma grandeza vetorial. O

vetor que o representa é indicado por E .

Direção e sentido do campo elétrico

Para representar a direção e o sentido do campo elétrico, usamos duas formas: o vetor E ou

linhas orientadas, denominadas linhas de força.

Quando o campo elétrico for criado por cargas elétricas positivas, ele terá, por convenção, um

sentido de afastamento da esfera.

Quando o campo elétrico for criado por cargas elétricas negativas, ele terá, por convenção, um

sentido de aproximação da esfera.

Determinação do vetor campo elétrico

Geralmente ao movimentarmos uma carga de prova por um campo elétrico, observamos que,

em pontos diferentes, a carga de prova fica sujeita a diferentes intensidades de força elétrica.

Assim, a cada ponto de um campo elétrico, definimos o vetor campo elétrico dado pela

relação:

E=

Fq

Nessa expressão, F é o vetor força elétrica sobre a carga de prova (q), no ponto

considerado. No Sistema Internacional, temos: F em newton (N), q em coulomb (C) e E em

newton/coulomb (N/C).

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Módulo do campo elétrico

Usando a definição de campo elétrico é possível demonstrar que, num ponto P qualquer, o

módulo campo elétrico, gerado por uma carga elétrica puntiforme Q, é dado por:

E=k⋅

∣Q∣

d2

Exercícios de classe

1. Uma carga elétrica puntiforme Q = 8,0 nC é colocada no vácuo. Sabe-se que k = 9,0 ∙ 109

unidades do SI. Considerando a figura, vamos determinar a intensidade do campo elétrico:

a) no ponto A

b) no ponto B

2. Uma carga elétrica de prova q = 8 ∙ 10-8 C é colocada num ponto onde a intensidade do

campo elétrico é E = 5 ∙ 103 N/C. Determine a intensidade da força elétrica atuante sobre a

carga naquele ponto.

3. A figura mostra duas cargas elétricas puntiformes positivas, Q1 e Q2, separada por 9 cm e

fixas no vácuo.

a) represente os vetores campo elétrico

gerados pelas cargas Q1 e Q2 em um

ponto situado na reta que une as cargas e

localizado à esquerda da carga Q1; entre

as cargas Q1 e Q2; e à direita de Q2.

b) Em qual(is) dos três pontos citados no

item anterior existe a possibilidade de o

campo elétrico resultante ser nulo?

Justifique.

4. O campo elétrico num ponto P depende da particular carga de prova que usamos para

detectá-lo ou depende exclusivamente da carga elétrica que o gerou?

5. O campo elétrico num ponto P é uma grandeza escalar ou vetorial?

6. (UFLA-MG) Estima-se que o campo elétrico produzido pela Terra nas vizinhanças da

superfície seja praticamente uniforme, de intensidade 150 N/C, vertical, apontado para

baixo. Que carga elétrica deveria ter uma moeda de massa 1,5 g para que a força elétrica

sobre ela equilibrasse a força gravitacional? Use g = 10 m/s2.

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Energia Potencial Elétrica

Em alguns casos, é mais fácil entender os fenômenos elétricos por meio do conceito de energia

potencial elétrica e potencial elétrico. Quando colocamos uma carga de prova em um campo

elétrico, dotamos o sistema (carga de prova e campo elétrico) de energia potencial elétrica, ou

seja, a força elétrica está em condições de realizar trabalho. A energia potencial elétrica é

dada pela relação:

E p=k⋅Q⋅q

d

A unidade de energia no SI é o joule, de símbolo J.

Potencial elétrico

Potencial elétrico é a medida do nível de energia potencial associada a um ponto do campo

elétrico. Tomemos uma carga de prova q e a coloquemos em um ponto P de um campo

elétrico. Ela adquire uma energia potencial elétrica Ep. Definimos o potencial elétrico associado

ao ponto P, como sendo a grandeza escalar V dada por:

V =

E p

q

A unidade de potencial elétrico é o volt, de símbolo V.

Potencial elétrico gerado por uma carga puntiforme

Quando temos uma carga puntiforme Q gerando o campo elétrico e considerando um ponto P

situado a uma distância d dessa carga, o potencial elétrico é dado por:

V =k⋅Qd

Trabalho do campo elétrico

Considere dois pontos A e B de um campo elétrico onde:

● VA = potencial resultante no ponto A;

● VB = potencial resultante no ponto B;

Uma carga de prova (q) é transportada de A para B por um operador. Durante esse

transporte, as forças elétricas do campo que atuam na carga elétrica q realizam um trabalho,

dado pela equação:

AB=qV A−V B

A unidade de energia no SI é o joule, de símbolo J.

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Exercícios de classe

1. Uma partícula gera um campo elétrico numa região em que o meio é o vácuo. Sua carga

elétrica é Q = 8,0 pC.

a) Vamos considerar um ponto P a uma distância d = 2,0 mm da partícula e calcular o

potencial elétrico em P.

b) Uma segunda partícula de carga elétrica q = 5,0 ∙ 10-12 C é levada até o ponto P.

Calculemos a energia potencial que ela adquiriu ao ser colocada em P.

2. Deslocamos em uma região onde há campo elétrico, uma carga elétrica negativa q = -4

nC, do ponto A, de potencial +5,0 V, até um ponto B, de potencial -5,0 V. Determinar o

trabalho da força elétrica.

3. (PUC-SP) Uma nuvem está a um potencial de 8 ∙ 106 V relativamente à Terra. Uma carga

de 40 C é transferida por um raio da nuvem à Terra. A energia dissipada foi de:

a) 5 ∙ 10-6 J

b) 2 ∙ 105 J

c) 3,2 ∙ 108 J

d) 4,2 ∙ 107 J

e) 5 ∙ 107 J

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BIBLIOGRAFIA

Paraná. Física – Série Novo ensino Médio. Vol. Único 6ª edição. Editora Ática, 2004

Wilson Carron. Física – Coleção Base. Vol. Único 2ª edição. Editora Moderna, 2004

Sampaio & Calçada. Física. Vol. Único.Editora Atual, 2003