CAP-22: CAMPO ELÉTRICO

Lista de exercicios: 1E, 2E, 3E, 4E, 5E, 6E, 14E, 17E, 25P, 39P,

CAMPO ELÉTRICOObjetivo deste capítulo é explicar o que acontece quando uma partícula sofre os efeitos de uma força elétrica.

- Campo Elétrico (E) é o campo de força (F) 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.

N/C)lombNewton/Cou :é SI (Unidade 0

q

FE

• Só há força elétrica num ponto se tiver uma carga.

- As linhas de campo elétrico se afastam das cargas positivas (onde começam) e se aproximam das cargas negativas (onde terminam).

- Campo elétrico é tangente as linhas de campo em qualquer ponto.

- O campo elétrico é mais intenso nas regiões em que as linhas de campo estão mais próximas (número de linhas/unidade de área).

LINHAS DE FORÇA DE CAMPO ELÉTRICO

Campo Elétrico é Uniforme em uma região quando suas linhas de força são paralelas e igualmente espaçadas umas das outras, o que implica que seu vetor campo elétrico nesta região têm, em todos os pontos, mesma intensidade, direção e sentido (capacitor).

Os elétrons que cruzam perpendicularmente as linhas de força do campo entre as placas são defletidos no sentido da placa positiva ou no sentido "oposto" aos das linhas de força do campo elétrico (Televisão, osciloscópio)

CAMPO ELÉTRICO PRODUZIDO POR UMA CARGA PONTUAL

pontual) carga uma de Elétrico (Campo ˆ

elétrica) idade(permissiv .

10.85.8

Coulomb) de (Constante .10.94

1

ˆ

20

212

0

29

0

2

rr

qK

q

FE

mN

C

CmNK

rr

qqKF o

elétrica

* PRINCÍPIO DA SUPERPOSIÇÃO (soma vetorial) : Campo elétrico produzido por um conjunto de cargas puntiformes

Cargas fixas: usar carga teste qualquer tamanho.Cargas não-fixas: usar carga-teste pequena (não mudar posição).

Onde o campo resultante E é nulo?

Quando lidamos com distribuições contínuas de cargas distribuição que envolve um

grande número de cargas muito próximas ( ~109) distribuídas ao longo de uma linha,

superfície ou volume, e conveniente expressar a carga de um objeto em termos de uma

densidade de cargas , em vez de carga total.

Campo elétrico produzido por uma linha de carga

carregado) anel um de Elétrico (Campo )(4

)(4

)2(

)(4cos

)(4cos

)(cos

)(4

1

)(r ;4

1

4

1dE ;

2322

0

2

0 2322

02

3220

2322

0

2122

220

2222

02

0

Rz

qzE

Rz

Rzds

Rz

zdEE

dsRz

zdE

Rz

z

r

z

Rz

dsdE

Rzr

ds

r

dqdsdq

R

0) E 0 (z anel do centro Elétrico Campo

pontual) carga uma parece ;distâncias grandes a carregado Anel(4

qE

R)(z origem da distante ponto :Análise

20

z

Para cada componente perpendicular ao eixo central (dEsenϴ) com uma dada orientação existe outra componente oposta. Portanto, a soma das componentes é nula (simetria).

Um Dipolo em um Campo Elétrico- O momento do dipolo elétrico (p) é um par de cargas oposta de magnitude (q). - É a medida da polaridade de um sistema de cargas elétricas.

- É uma grandeza vetorial que aponta da carga negativa para positiva.

- Dipolo elétrico na presença de um campo elétrico externo (E) é descrito em termos dos vetores E e p.

carga cada de

p

cargas de discreta ãoDistribuiç

[C.m] Unidade

cargas as entre distância d

carga q

dipolo de

posiçãox

xq

momentop

dqp

i

iii

[N.m]Unidade

elétrico) dipolo um sobre torquedo (módulo pEsen

vetorial)notação em elétrico, dipolo um sobre (Torque

Ep

ENERGIA POTENCIAL DE UM DIPOLO ELÉTRICO

Está associada à orientação de um dipolo elétrico em relação a um campo elétrico.

Calculando o trabalho (W) executado pelo campo sobre o dipolo quando este gira da posição 900 para a posição ϴ.

J][JouleUnidade

dipolo) um de potencial (Energia .)(

vetorial

cos)(00 9090

EpU

Forma

pEdpEsendWU

Umáxima , quando p aponta sentido oposto ao do campo elétrico (ϴ = 1800).

Umínima , quando p aponta no mesmo sentido do campo elétrico (ϴ = 0).

- Sinal negativo (-), porque o torque se opõe a qualquer aumento de ϴ.

APLICAÇÃO TECNOLÓGICA DO MOMENTO DE DIPOLO ELÉTRICO: FORNO MICROONDAS

APLICAÇÃO TECNOLÓGICA: IMPRESSORA DE JATO DE TINTA

FENÔMENO DA NATUREZA: POLINIZAÇÃO E ELETROSTÁTICA

RUPTURA DIELÉTRICA E CENTELHAMENTO

Processo no qual o campo elétrico arranca elétrons de átomos do ar. Ou seja, o campo elétrico excede um certo valor crítico. Com isso o ar se torna um condutor de corrente elétrica, já que os elétrons arrancados são postos em movimento pelo campo. Os elétrons colidem com outros átomos do ar, fazendo com que emitam luz. Portanto, podemos ver o caminho percorrido pelos elétrons graças a luz emitida, que recebe o nome de centelhamento.

Aplicações tecnológicas (efeito corona): Remoção de cargas elétricas indesejáveis da superfície de uma aeronave em vôo e com isto evitando o efeito prejudicial de pulsos elétricos descontrolados durante a atuação dos sistemas aviônicos .

- Limpeza de partículas do ar em sistema de condicionamento de ar.

Gaiola de Faraday

- O campo elétrico externo faz com que as cargas se rearranjem, cancelando o campo interno.

Aplicações tecnológicas: Os carros e aviões, atuam como gaiolas de Faraday, nos protegendo caso sejamos atingidos por uma descarga elétrica, contrariando o pensamento popular de que os pneus do carro é que fazem essa proteção.