Eletrostática

Professor Sandro Dias Martins

Um corpo de massa m, quando nas proximidades da Terra, é atraído

devido à região de perturbação que a Terra cria ao redor de si, denominada

campo gravitacional.

Assim como a Terra, as cargas elétricas também criam ao seu redor

uma região de perturbação eletrostática, denominada campo

elétrico.

Dada uma carga elétrica Q fixa, nota-se, quando dela se aproxima uma carga de prova q, o surgimento de uma força de interação elétrica. Essa força ocorre, porque q está na região de campo elétrico criado pela carga elétrica fixa e puntiforme Q.

O campo elétrico criado por uma carga elétrica puntiforme e fixa é a força elétrica por unidade de carga

de prova.

Q - carga que origina o campo elétrico; q - carga de prova (serve para testar o

campo elétrico).

Para se determinar o vetor campo elétrico (E):

Intensidade:

Direção: mesma de F (reta que une as cargas)

Sentido: se q > O, é o mesmo da força (F); se q < O, é contrário ao da força(F).

Unidades (SI)

Outra unidade para o campo elétrico no SI é o volt por metro (V/m).

É possível determinar o campo elétrico num ponto do espaço, mesmo sem conhecer ou existir a carga de prova q.

Para se determinar o campo elétrico em função da carga que o origina:

Intensidade:

Direção: da reta que une a carga ao ponto onde se quer calcular o campo.

Sentido: se Q > O, o campo é de afastamento da

carga (veja o quadro de força e campo);

se Q < O, o campo elétrico é de aproximação da carga (veja o quadro de força e campo).

O campo elétrico não depende da carga de prova q.

O campo elétrico depende da carga que origina Q, da distância d do meio K.

A relação pode ser aplicada em qualquer região de campo elétrico.

A relação só pode ser aplicada para carga elétrica fixa e puntiforme.

Para que haja campo elétrico, é necessária a presença de uma única carga elétrica, fixa, independentemente de existir ou não carga elétrica de prova.

Vimos até agora que o campo elétrico é uma região de perturbação eletrostática, criada por uma carga elétrica Q, puntiforme e fixa.

Numa distribuição de cargas elétricas, o campo elétrico resultante num ponto será a soma vetorial dos campos individualmente criados pelas cargas do sistema nesse referido ponto.

Dado o sistema de cargas elétricas:

O campo elétrico resultante será:

Para duas cargas elétricas temos:

Para calcular o campo elétrico resultante, valem todos os casos particulares estudados para adição de vetores:

As linhas de força são linhas imaginárias que construímos ao redor

de uma carga elétrica ou de uma distribuição de cargas, e servem para mostrar o comportamento do campo elétrico numa certa região do espaço.

A intensidade do campo elétrico é proporcional à densidade de linhas, ou seja, quanto mais próximas as linhas se encontram, mais intenso é o campo.

A direção do campo elétrico é tangente às linhas de força e o seu sentido é o mesmo das linhas.

E1 > E2 , porque a densidade de linhas em P1 é maior do que em P2.

As linhas de força não se cruzam em nenhum ponto.

Quanto maior o número de linhas que chegam a uma carga elétrica ou dela saem, tanto maior será o módulo dessa carga.

Numa determinada região do espaço encontram-se duas cargas elétricas, Q e q. Sejam:

Q - carga elétrica puntiforme e fixa;

q - carga elétrica de prova, abandonada na região de campo elétrico da carga Q.

A carga elétrica q, por estar numa região de campo elétrico, recebe a ação de uma

força elétrica.

A carga q só consegue realiza esse movimento devido à energia potencial elétrica que possui armazenada na região de campo elétrico criado pela carga Q. Essa energia e dada por:

O potencial elétrico é uma grandeza escalar que mede a energia potencial elétrica existente num sistema, por

unidade de carga de prova.

O potencial elétrico de referência é o potencial da Terra convencionado como sendo zero:

A diferença de potencial (ddp) entre dois pontos, A e B, de potenciais elétricos, respectivamente, VA e VB , é dada por:

Numa distribuição de cargas elétricas, o potencial é dado pela soma dos potenciais de cada carga.

As linhas de força criadas por cargas elétricas puntiformes e isoladas uma das outras são radiais; de afastamento (se forem cargas positivas) e aproximação (para cargas negativas).

Agora, as linhas de força determinam um campo elétrico uniforme quando elas forem paralelas e igualmente espaçadas.

Obtém-se um campo elétrico uniforme entre duas placas planas, paralelas e carregadas com cargas elétricas de mesmo módulo, porém de sinais contrários. As linhas de força, nesta região, são todas paralelas e igualmente espaçados.

Vamos considerar apenas a força elétrica atuando na carga.

A carga q recebe a ação de uma força elétrica na mesma direção e no mesmo sentido das linhas de força.

O movimento de carga será:

(Vo = O) - a partícula inicia um movimento uniformemente acelerado a favor das linhas de força.

(Vo ≠ O) - e no mesmo sentido das linhas - a partícula descreve um movimento uniformemente acelerado.

(Vo ≠ O) - e no sentido contrário ao das linhas - a partícula descreve um movimento uniformemente retardado.

A carga q recebe a ação de uma força elétrica na mesma direção e em sentido contrário ao das linhas de força. O movimento da carga será:

(Vo = O) - a partícula inicia um movimento uniformemente acelerado no sentido contrário ao das linhas de força.

(Vo ≠ O) - e no mesmo sentido das linhas - a partícula descreve um movimento uniformemente retardado.

(Vo ≠ O) - e no sentido contrário ao das linhas - a partícula descreve um movimento uniformemente acelerado.

Se o lançamento for perpendicular às linhas de força, temos:

A trajetória descrita pela carga elétrica é parabólica