IV. Campo elétrico

O que você deve saber sobre
CARGA ELÉTRICA
O conceito de carga elétrica remonta à Antiguidade clássica. Há
registros de que os gregos esfregavam peles de carneiro com
pedaços de âmbar, uma resina vegetal fóssil que, ao ser atritada,
atrai os corpos que lhe estejam próximos. Se dois pedaços de âmbar
forem atritados, porém, eles irão se repelir. A palavra elétrico vem
do grego élektron, que significa âmbar-amarelo, pois se considerava
essa propriedade de atrair corpos próximos, depois de atritados,
específica desse material. Neste tópico vamos revisar diversos
conceitos da eletrostática – parte da física que se ocupa da análise
de sistemas de cargas em equilíbrio.
I. Princípios da eletrostática
Atração e repulsão de cargas elétricas
CARGA ELÉTRICA
I. Princípios da eletrostática
Conservação das cargas elétricas
Durante o contato, os corpos condutores trocam cargas elétricas entre si. Ainda que a distribuição final
das cargas seja diferente, a soma se conserva.
CARGA ELÉTRICA
I. Princípios da eletrostática
Princípio de quantização das cargas elétricas
Carga elétrica de um elétron = –1,6 . 10-19 C
Q: quantidade de carga elétrica medida
CARGA ELÉTRICA
II. Processos de eletrização
1. Por atrito
Quando eletrizados por atrito,
os corpos ficam com igual quantidade de
cargas, mas de sinais opostos.
Tabela (série triboelétrica) para prever o sinal que cada substância
adquire quando atritada com outro material.
CARGA ELÉTRICA
II. Processos de eletrização
2. Por contato
Esquema de eletrização por contato entre duas esferas condutoras.
Obs.: o contato com a Terra acaba sempre descarregando o corpo,
independentemente do sinal de suas cargas.
CARGA ELÉTRICA
II. Processos de eletrização
3. Por indução
As quatro etapas da indução de uma esfera A, negativa, próxima a uma esfera B, inicialmente neutra
CARGA ELÉTRICA
III. Força elétrica
Intensidade
A constante k depende do meio
onde se encontram as cargas. No
vácuo, k = 9  109 N  m2/C2
Direção: a mesma da reta que une as duas cargas.
Sentido: depende do sinal das cargas Q1 e Q2.
Se as esferas têm sinais
distintos (A), as forças são
de atração e apontam para
dentro; se os sinais são
iguais (B), as forças são de
repulsão e apontam para fora
da região entre as cargas.
CARGA ELÉTRICA
IV. Campo elétrico
Campo de carga puntiforme: a carga Q, a
fonte, gera um campo na sua vizinhança, cuja
intensidade varia de acordo com a expressão:
A direção do vetor E, no caso, é radial a partir da carga fonte.
A área azul e a região do espaço
em que o campo elétrico atua.
O sentido do campo elétrico depende do sinal da carga geradora:
• carga fonte positiva: sentido de afastamento da carga;
• carga fonte negativa: sentido de aproximação da carga.
CARGA ELÉTRICA
IV. Campo elétrico
Relação entre campo e força elétrica:
Campo de várias cargas puntiformes:
O campo resultante, num ponto P, será a soma vetorial dos campos
produzidos por cada carga naquele ponto.
O campo resultante em P é
dado pela soma:
CARGA ELÉTRICA
IV. Campo elétrico
Linhas de força: representam o comportamento do campo nas
vizinhanças da carga fonte.
 Direção do vetor campo elétrico: tangente às linhas de força, em
cada ponto
 Setas das linhas de força: indicam o sentido do campo; a intensidade
tem a ver com a densidade das linhas de força no local.
CARGA ELÉTRICA
V. Campo elétrico uniforme
Para produzi-lo, precisamos de duas placas paralelas, carregadas
com sinais opostos e bem próximas, de modo que a distância entre
elas seja muito menor que o comprimento das placas.
Se as placas forem grandes e bem próximas, as linhas de
campo serão paralelas e igualmente espaçadas; teremos
assim um campo elétrico uniforme.
CARGA ELÉTRICA
EXERCÍCIOS ESSENCIAIS
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(Uepa)
É comum em supermercados, na seção de frutas, a presença de sacos plásticos em rolos dos quais são destacados. É comum
também que, ao se aproximar de um desses rolos, os pelos do braço de uma pessoa sejam atraídos para o plástico e fiquem
eriçados. A respeito deste fenômeno, considere as afirmativas a seguir:
I. Os pelos se eriçam devido à presença de corrente elétrica no plástico,
produzida pelo atrito.
II. O campo magnético próximo do plástico atrai os pelos.
III. As cargas elétricas no rolo atraem as cargas de sinais contrários
nos pelos.
De acordo com as afirmativas acima, a alternativa correta é:
a) I.
b) II.
c) III.
d) I e III.
e) II e III.
RESPOSTA: C
Esse fenômeno de eletrização é explicado pelo atrito entre os
sacos quando eles são desenrolados. Quando o braço de uma
pessoa se aproxima de um desses rolos, ocorre uma
redistribuição de cargas nos pelos, ou seja, ocorre o fenômeno
da polarização. Nessas condições, a afirmação mais adequada
é somente a III.
CARGA ELÉTRICA – NO VESTIBULAR
EXERCÍCIOS ESSENCIAIS
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(PUC-RJ)
Duas esferas idênticas, carregadas com cargas Q = 30 μC, estão suspensas a partir de um mesmo ponto por dois fios isolantes
de mesmo comprimento, como mostra a figura. Em equilíbrio, o ângulo, formado pelos dois fios isolantes com a vertical, é
45º. Sabendo que a massa de cada esfera é de 1 kg, que a constante de Coulomb é k = 9 · 109 Nm2/C2 e que a aceleração
da gravidade é g = 10 m/s2, determine a distância entre as duas esferas quando em equilíbrio. Lembre-se de que μ = 10-6.
a) 1,0 m
b) 0,9 m
c) 0,8 m
d) 0,7 m
e) 0,6 m
CARGA ELÉTRICA – NO VESTIBULAR
RESPOSTA:B
EXERCÍCIOS ESSENCIAIS
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(UFF-RJ)
Três esferas metálicas, apoiadas em suportes isolantes, são colocadas próximas, como no desenho a seguir, porém sem se tocarem.
Um bastão carregado positivamente é aproximado da primeira esfera.
Assinale o diagrama que melhor representa a distribuição de cargas
nas esferas.
RESPOSTA: A
Como as esferas não se tocam, elas
só ficam polarizadas quando o
bastão se aproxima. Dessa forma,
tendo em mente o princípio da
atração e repulsão entre cargas
elétricas, a alternativa correta é a.
CARGA ELÉTRICA – NO VESTIBULAR
EXERCÍCIOS ESSENCIAIS
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(UFPE)
Na região entre as longas placas uniformemente carregadas,
mostradas na figura, existe um campo elétrico uniforme, de
módulo E = 100 N/C e sentido vertical para cima. A aceleração da
gravidade local vale 10 m/s2.
Uma partícula de massa 1 g e carga negativa –10-4 C colocada nessa
região sofre uma força resultante:
a) de módulo 0,02 N e sentido vertical para baixo.
b) de módulo 0,01 N e sentido vertical para baixo.
c) nula.
d) de módulo 0,01 N e sentido vertical para cima.
e) de módulo 0,02 N e sentido vertical para cima.
RESPOSTA: A
CARGA ELÉTRICA – NO VESTIBULAR
EXERCÍCIOS ESSENCIAIS
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(Ufes)
No campo elétrico formado por duas cargas de + 8 μC e + 2 μC, separadas por uma distância de 3 m, o vetor campo elétrico é
igual a zero no ponto situado a:
a) 2 m da carga de 2 μC.
b) 2 m da carga de 8 μC.
c) 6 m da carga de 2 μC.
d) 6 m da carga de 8 μC.
e) 3 m das duas cargas.
CARGA ELÉTRICA – NO VESTIBULAR
RESPOSTA: B