Física - IPUC-EAD educação a distância

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LO - 0
MÓDU
- 03
AULA
FÍSICA
MÉDIO
sicaMédio
FíEnsino
MÓDULO 3
ELETROSTÁTICA
CAMPO ELÉTRICO
Atenção para o que vamos aprender!
Nesta aula, analisaremos fenômenos elétricos relacionados com cargas em movimento, isto
é, faremos um estudo da corrente elétrica. Veremos como ela se apresenta, quais são seus tipos e ainda,
os efeitos que ela causa. Imagine um lugar onde ela não exista, como seria a nossa vida baseada na
experiência atual?
PROBLEMA EXEMPLO:
CAMPO ELÉTRICO (E)
→ Determinar a intensidade do compo elétrico criado
Existe uma região de influência da carga Q onde qualquer carga de prova Q, nela colocada, estará sob ação de uma
força de origem elétrica. A essa região chamamos de campo
elétrico.
campo elétrico
Q
carga
Região de influência
chamada de campo elétrico.
µC no vácuo, num ponto distante a 1
por uma carga elétrica 3µ
m da carga.
Listagem de dados:
E=?
Q = 3µC = 3 . 10-6 C
k = 9 . 10 9 N.m2 / C2
d = 1m
d2 = (1m)2 = 1m2
Dica:
Aqui a distância foi elevada ao quadrado devido à fórmula, um fator que não podemos esquecer.
Substituindo na equação teremos:
Expressão do Campo Elétrico
k . Q
→
O vetor campo elétrico E num ponto P, é diretamente proporcional à carga Q criadora do campo e inversamente proporcional à distância do ponto P à carga. Num campo criado por uma
carga puntiforme Q, o vetor campo elétrico é uma função do ponto, pois depende da posição do ponto P em relação à carga Q.
E=
E =
d2
E = 9 . 109
E = 9 . 109
N.m2
3 . 10-6 C
1 m2
C2
-6
3 . 10 N/C
1
E = 27 . 103
N/C
1
k.Q
d2
Resposta: E = 27000 N/C ou 2,7 . 104 N/C
Outra interpretação para o vetor campo elétrico pode
ser dada em função da força F, que atuará sobre uma carga de
prova q, colocada no campo.
Legenda:
E significa o campo elétrico
k significa a constante de coulomb e vale 9 . 109
N.m2/c2
Q significa o valor da carga que gera o campo
elétrico
d significa a distância entre a carga e um determinado ponto.
E=
F
q
Unidade do Campo Elétrico é
Legenda:
Anotações
E significa o campo elétrico
F significa a força elétrica
q significa a carga de prova
12
N
C
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MÉDIO
MÓDULO 3
PROBLEMA EXEMPLO
→ Determinar a Intensidade da força elétrica que atua
em uma carga de 2mC quando esta é colocada em um ponto
do campo elétrico cujo valor é 500 N / C.
(Dado m = 10-3)
F
q
2mC = 2 . 10 -3 C = 0,002 C
500 N/C =
Linhas de FForça
orça
É uma linha imaginária, que em qualquer ponto é
tangenciada pelo vetor campo elétrico e orientada em seu sentido.
Abaixo, alguns tipos de campo elétrico e seus espectros:
Solução:
E=
No caso de um condutor ligado a rede elétrica o campo
elétrico no seu interior não é nulo, pois há movimento das cargas elétricas ao longo do fio.
F
2 . 10-3 C
→ Carga Puntiforme: É um campo variável que diminui
quando se afasta da carga criadora do campo.
500N . 0,002 C = F
C
1N = F
Resposta: F = 1N
→ Duas Cargas Puntiformes e Iguais: O campo é re-
Campo de um Condutor em
Equilíbrio
sultante dos campos criados por cada carga, individualmente,
onde as linhas de força são mais próximas é mais intenso.
Quando eletrizamos um condutor, com uma quantidade
de carga Q, a repulsão entre as cargas elementares faz com
que se situem o mais longe possível umas das outras. Ou seja,
as cargas se localizam na superfície do condutor, onde elas
ficam em equilíbrio.
Dizemos que um condutor está em equilíbrio, quando
nele não há movimento de cargas elétricas.
→ Campo Elétrico Uniforme: É aquele em que o vetor
campo elétrico é constante em todos pontos do campo, isto é,
tem sempre a mesma intensidade, a mesma direção e o mesmo sentido.
Características do Campo Elétrico
Com a análise de algumas experiências verificou-se que
em uma esfera oca, em seu interior uma carga de prova não se
eletriza, mas quando envolvemos a esfera com dois hemisférios, as cargas passam para eles, pois as cargas se localizam
na superfície.
O conceito de equilíbrio nos permite concluir que:
→
E
→
E = constante
− O campo elétrico no interior de um condutor eletrizado em equilíbrio é nulo, qualquer que seja o formato
Num campo uniforme as linhas de força são retas paralelas. É o caso do campo elétrico entre duas placas metálicas
paralelas, eletrizadas com cargas de sinais contrários.
do corpo.
− Na superfície de um condutor eletrizado em equilíbrio, o campo elétrico é normal à superfície e não-nulo.
→ Campo Interno de uma esfera: Internamente o cam+ +
po elétrico é nulo.
Se normal à superfície é formar com ela um ângulo de
90º, ou seja, ser perpendicular.
+
− Essas conclusões são válidas tanto para um con-
P
+
dutor oco como maciço.
+
13
+
+
.
+
E=0
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Curva Característica da Variação do Campo Elétrico
Produzido por um Condutor Esférico:
É importante salientar que a existência de campo elétrico em um determinado ponto não depende de uma carga de
=
prova q naquele ponto. Entretanto podemos verificar a existên0→
=
cia de um campo elétrico =E, numa região do espaço, se sobre
0→
uma carga de prova q nele colocada, atuar uma força elétrica F.
A direção do campo elétrico é a mesma da força elétrica.
O sentido do campo elétrico depende do sinal de Q.
Para Q > 0, o campo elétrico é de afastamento. (divergente)
Para Q < 0, o campo elétrico é de aproximação. (convergente)
E
E exterior
E superfície
E interior
R
NOTA:
d
E
R esumo
A
CAMPO ELÉTRICO
O campo elétrico é uma região do espaço, onde uma
carga Q influencia qualquer carga de prova q ali colocada.
Isto significa que uma carga q colocada no campo elétrico
de uma carga Q sofrerá a ação de uma força elétrica.
Quando um condutor é eletrizado, as cargas se distribuem na sua superfície instantaneamente, posicionandose uma o mais longe possível da outra. Quando elas se acomodam, ou seja, quando seu movimento pára, dizemos que
o condutor está em equilíbrio. Nesse momento, na superfície do condutor, o campo é não-nulo e perpendicular à superfície (forma ângulo de 90°), e no interior do condutor, o
campo é nulo, pois o campo de cada uma das cargas se
anula com o da carga vizinha.
Para representar o campo de uma carga puntiforme
isolada, sempre representamos de forma divergente para
cargas positivas e convergente para as negativas. Veja o
desenho:
ula 3
Se tivermos duas cargas interagindo, o campo será
representado da seguinte forma:
Observe que quando as cargas têm sinais contrários, as linhas de campo preenchem o espaço entre elas. Caso
as cargas sejam de sinais iguais, entre elas não haverá
campo, as linhas desviam.
Ainda podemos representar um outro campo, que é
chamado de uniforme. Nesse caso, ele tem o mesmo valor
em qualquer ponto e suas linhas são paralelas e à mesma
distância umas das outras (linhas eqüidistantes). Veja o
desenho:
+ +
+ + + +
+ +
→
E
→
E = constante
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+ +
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-- --
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