Campo Elétrico

Campo Elétrico

Cargas e Forças: um estudo mais detalhado

Suponhamos que se fixe,num determinado ponto,uma partícula com carga positiva,q1,e a seguir,colequemos em suas proximidades uma segunda partícula também positivamente carregada,q2.De acordo com a lei de Coulomb,sabemos que q1,exerce uma força eletrostática repulsiva sobre q2 e,com dados suficientes,poderíamos determinar o módulo,a direção e o sentido dessa força.Ainda assim,uma questão embaraçosa permanece:como q1 sabe da presença de q2 ? isto é,desde que as partículas não se tocam,como pode q1 exercer força sobre q2 ?

Essa questão sobre ação a distância pode ser respondida dizendo-se que q1 cria um campo elétrico no espaço ao seu redor.Em qualquer ponto P desse espaço,o campo tem um módulo,direção e sentido.O módulo depende do módulo de q1 e da distância entre P e q1.A direção e o sentido dependem da direção da reta que passa por q1 e P e do sinal elétrico de q1.Assim,quando colocamos q2 no ponto P,q1 interage com q2 através do campo elétrico existente em P.O módulo,a direção e o sentido desse campo elétrico determinam o módulo,a direção e o sentido da força que atuam sobre q2.

Temos um problema semelhante de ação á distância quando movemos q1,por exemplo,em direção a q2.A lei de Coulomb nos diz que,quando q1 está mais próxima de q2 a força eletrostática repulsiva que atua sobre q2 deve ser mais intensa.Entretanto nessa situação ,surge a questão embaraçosa:o capo elétrico em q2 e a força que atua sobre q2 mudam instantaneamente ?

A resposta é não: a informação sobre o movimento de q1 se propaga a partir de q1,em todas as direções ,como uma onda eletromagnética,com a velocidade escalar da luz (c).Se q2 estiver a uma distância (L) de q1,a variação do campo elétrico em q2,e assim a variação da força que atua sobre q2,acorrerá depois do tempo L/c,a contar do inicio do movimento de q1.

O campo elétrico

O campo elétrico é um campo vetorial: ele consiste em uma distribuição de vetores,um para cada ponto na região ao redor de um objeto carregado,tal como uma barra carregada.Teoricamente,definimos o campo elétrico colocando-se uma carga positiva q0,chamada de carga teste,em algum ponto próximo de um objeto carregado,tal como o ponto (P).A seguir,medimos a força eletrostática (F) que atua sobre a carga teste.O campo elétrico (E) no ponto (P) devido ao objeto carregado é definido como:

E = F/q0 ( campo elétrico).Assim,o módulo do campo elétrico (E),no ponto (P) é E = F/q0,e a direção e o sentido de (E) são idênticas aos de (F),que atua sobre a carga teste positiva.Representamos o campo elétrico no ponto (P) por um vetor cuja origem está em (P).Para definir o campo elétrico em alguma região,devemos medi-lo em todos os pontos da região.A unidade SI para o campo elétrico é o Newton por Coulomb (N/C).

Embora usemos uma carga teste positiva para definir o campo elétrico de um objeto carregado,esse campo existe independentemente da carga teste.Supomos que a presença da carga teste não afeta a distribuição de carga do objeto carregado e,portanto,não altera o campo elétrico que estamos definindo.

Linhas do campo elétrico

Michael Faraday,que introduziu o conceito de campo elétrico no século XIX,imaginava o espaço ao redor de um corpo carregado como sendo preenchido por linhas de força.Embora não tenham significado físico real,tais linhas,atualmente denominados linhas de campo elétrico,fornecem um modo conveniente de se visualizar a configuração dos campos elétricos.

A relação entre as linhas do campo elétrico e os vetores campos elétricos é a seguinte: (1) em qualquer ponto,a direção de uma linha retilínea do campo ou direção da tangente a linha curva do campo da á direção de (E) naquele ponto,e (2) as linhas do campo são desenhadas de modo que o número de linhas por unidade de área de um plano perpendicular ás linhas,seja proporcional ao módulo de (E).Assim sendo,nas regiões em que as linhas são próximas,(E) é grande,e nas regiões em que estão afastadas,(E) é pequeno.

Campo elétrico criado por uma carga puntiforme

Para determinar o campo elétrico criado por uma carga puntiforme (ou uma partícula carregada),colocamos uma carga teste positiva q0 em qualquer ponto distante (r) da carga puntiforme.De acordo com a Lei de Coulomb,o módulo da força eletrostática que atua sobre q0 é: F = 1/4 Pi Eo x q.q0/r2 .

A direção de (F) esta ao longo de uma linha radial,a partir da carga puntiforme ,apontando para fora se a carga for positiva e para dentro se a carga for negativa.

E = F/qo = 1/4 Pi Eo x q/r2 (carga puntiforme)

A direção e o sentido de (E) são idênticos aos da força que atua sobre a carga teste positiva: apontando radialmente para fora se a carga puntiforme for positiva e radialmente para dentro se a carga puntiforme for negativa.

Determinamos o campo elétrico no espaço ao redor de uma carga puntiforme, deslocando-se a carga teste neste espaço.Podemos determinar o campo elétrico resultante(ou liquido) criado por mais de uma carga puntiforme com ajuda do principio da superposição.Se colocarmos uma carga teste positiva qo nas proximidades de (N) cargas puntiformes q1,q2...,qn então,a força resultante (Fo) proveniente das (N) cargas puntiformes que atuam sobre a carga teste será: Fo+F1+F2+F3+F4+. . . + Fn.

Desse modo,o campo elétrico resultante na posição da carga teste vale:

E = Fo/qo = F1/qo+ F2/qo+ F3/qo+ F4/qo+. . .+ Fn/qo = E1 + E2 + E3 + E4 +. . .+Em

Aqui,(E1) é o campo elétrico que seria criado pela carga puntiforme (i) atuando sozinha.A equação acima nos mostra que o principio da superposição se aplica a campos elétricos do mesmo modo que as forças eletrostática.

Campo elétrico criado por um Dipolo Elétrico

Duas cargas de mesmo módulo (q),mas de sinais opostos,separadas por uma distância (d),chamamos essa configuração de um dipolo elétrico.A figura abaixo mostra:

Vamos determinar o campo elétrico num ponto (P),a uma distancia (z) do ponto médio do centro dipolo.Aplicando