Eletrostática

Professor Sandro Dias Martins

Potencial elétrico:

Agora, quando as dimensões do corpo não puderem ser desprezadas, temos duas situações a considerar: Condutor esférico e Condutor pontiagudo.

Para um corpo de pequenas dimensões e carregado de eletricidade, desprezamos o seu volume e consideramos como se fosse uma carga elétrica puntiforme, ou seja, uma carga elétrica concentrada num ponto. Nesse caso:

Campo elétrico:

A carga elétrica em uma esfera condutora, em equilíbrio eletrostático e isolada de outras cargas, distribui-se uniformemente pela sua superfície, devido à repulsão elétrica.

Sejam R o raio da esfera e d a distância de centro da esfera até o ponto onde se querem o campo elétrico E e o potencial elétrico V.

Para pontos:

1) Externos à esfera Para pontos externos à esfera (d >R),

consideramos como se a carga fosse puntiforme e localizada no centro da esfera:

2) Na superfície da esfera

A intensidade do campo elétrico na superfície da esfera fica reduzido à metade do campo elétrico muito próximo dessa superfície. Entretanto, o potencial elétrico coincide com o potencial de um ponto muito próximo.

Superfície – (d = R)

3) No interior da esfera

A intensidade do vetor campo da esfera, a intensidade do campo elétrico é nula e o potencial elétrico coincide com o da superfície.

Interior – (d < R)

Observação:

A intensidade do vetor campo elétrico no interior de um condutor carregado de eletricidade e em equilíbrio eletrostático é sempre nula.

Dada uma esfera condutora, carregada e em equilíbrio eletrostático:

A intensidade do campo elétrico na região da esfera se comporta em função da distância, de acordo com o diagrama a seguir:

Epróx – intensidade do campo elétrico próximo da superfície.

Esup – intensidade do campo elétrico na superfície da esfera.

Eint – intensidade do campo elétrico no interior da esfera.

Eext – intensidade do campo elétrico em pontos externos da esfera.

Dada uma esfera condutora, carregada e em equilíbrio eletrostático:

O potencial elétrico na região da esfera se comporta de acordo com os diagramas a seguir:

Num condutor de eletricidade, carregado e em equilíbrio eletrostático, as cargas elétricas se distribuem pela sua superfície. Tal fato ocorre devido à repulsão elétrica que ocorre entre elas.

Verifica-se que num condutor pontiagudo, além das cargas se distribuírem pela sua superfície, elas se concentram em maior densidade superficial nas regiões de pontas. Tal fenômeno é conhecido como poder das pontas

Devido ao poder das pontas, podemos explicar o funcionamento do para-raios.

Nos dias quentes, as camadas de ar se movem rapidamente (convecção) e isso provoca um alto atrito entre o ar e as nuvens e entre as próprias camadas das nuvens. Tais atritos geram cargas elétricas.

Algumas nuvens adquirem, no atrito, cargas elétricas positivas e outras negativas.

O pára-raios, devidamente aterrado, sofre indução e se eletriza com carga elétrica de sinal contrário ao da nuvem.

Devido ao poder das pontas, e por isso o pára-raios é pontiagudo, este vai acumular uma densidade superficial de cargas elétricas maior do que na superfície da Terra.

No momento em que o ar não conseguir mais suportar o campo elétrico criado pelas cargas elétricas, nuvem e pára-raios, ocorre a descarga, ou seja, o raio. No momento do raio, dizemos que a rigidez dielétrica do ar foi vencida.

A luz emitida pelo raio (relâmpago) ocorre devido ao efeito Joule, ou seja, aquecimento do ar que ocorre a milhares de graus Celsius.

O som emitido pelo raio (trovão) ocorre pelas ondas mecânicas geradas na expansão do ar, devido ao seu aquecimento.

Observação:

A blindagem eletrostática é determinada pelo campo elétrico sendo nulo no interior de um condutor carregado e em equilíbrio eletrostático.