Campo elétrico

Ciências da Natureza e suas
Tecnologias - Física
Ensino Médio, 3ª Série
Campo Elétrico
Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido.
FÍSICA, 3ª Série
Campo Elétrico
Campo Elétrico
CAMPO ELÉTRICO
Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de
Autor Desconhecido.
É uma propriedade física estabelecida em todos os pontos do espaço
que estão sob a influência de uma carga elétrica (carga fonte), tal que
uma outra carga (carga de prova), ao ser colocada num desses pontos,
fica sujeita a uma força de atração ou de repulsão, exercida pela
carga fonte.
Quando uma carga de prova q é colocada em um ponto do espaço e sofre
a ação de uma força F, dizemos, que, por definição, a razão entre F e q é
igual ao módulo do campo elétrico E naquele ponto.

 F
E
q
|E|=
F
q
|
Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido.
VETOR CAMPO ELÉTRICO
Unidade de E do SI: N/C
CAMPO ELÉTRICO DE UMA CARGA
PUNTIFORME FIXA
CONCLUSÕES
 Carga fonte positiva (Q > O) gera
campo elétrico de afastamento.
 Carga fonte negativa (Q < O)
gera campo elétrico de
aproximação.
Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido.
 Uma partícula eletrizada (Q)
gera campo elétrico na região do
espaço que a circunda, porém, no
ponto onde foi colocada, o vetor
campo, devido à própria partícula,
é nulo.
Sendo q > 0, F e E têm o mesmo sentido; sendo q < 0, F e E têm sentidos
contrários. F e E têm sempre a mesma direção.
CAMPO ELÉTRICO DE UMA CARGA
PUNTIFORME FIXA
O módulo do campo elétrico em um ponto P, no qual uma carga q fica sob ação
de uma força de módulo F, é obtido a partir da relação:
Q.q
K 2
F
Q
d
E 
K 2
q
q
d
Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido.
Q _ Carga fonte
q _ Carga de prova colocada em um
ponto P no campo gerado por Q.
d _ distância do ponto P à carga
fonte Q
Q
EK 2
d
Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de
imagem de Autor Desconhecido.
Vejamos algumas observações
importantes
O gráfico representa a intensidade
do vetor E, criado por uma partícula
eletrizada com carga Q em função da
distância d.
 É importante salientar que a existência do campo elétrico em um ponto não
depende da presença da carga de prova naquele ponto. Assim, existe um campo
elétrico em cada um dos pontos, embora não haja carga de prova em nenhum
deles.
 A outra unidade de intensidade de campo elétrico, no Sistema Internacional de
Unidades (SI), é o volt por metro ( V/m ).
 A intensidade, direção e sentido dependem do ponto do campo, da carga do
corpo que produz o campo e do meio que o envolve.
CAMPO ELÉTRICO DE VÁRIAS
CARGAS PUNTIFORMES
 As cargas Q1, Q2 e
Q3 originam,
separadamente, os
vetores campo
elétrico E1, E2 e E3.
 O vetor campo
elétrico resultante E
é a soma vetorial
dos vetores campos
E1, E2 e E3 que as
cargas originam
separadamente no
ponto P.
Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido.
LINHAS DE FORÇA
Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido.
Padrões de campos
elétricos podem ser
visualizados pelo
alinhamento de partículas
de fubá que se encontram
misturadas em uma
camada de 4 mm
(aproximadamente) de óleo
de rícino. Os campos
elétricos são criados
por sondas metálicas
eletrizadas (por uma
Máquina Wimshurst ou
fonte de alta tensão)
imersas na mistura óleofubá.
Na figura têm-se duas
sondas em formato de
discos
eletrizados
com
cargas
opostas.
As
partículas de fubá são
polarizadas pela ação do
campo elétrico e se alinham
na mesma direção da força
do campo elétrico em cada
ponto.
A
sucessão
destas
partículas
polarizadas
expressam o padrão das
linhas de força do campo
elétrico.
Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido.
LINHAS DE FORÇA
Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido.
O conceito de linhas de força foi introduzido pelo físico inglês M. Faraday, no século
XIX, com a finalidade de representar o campo elétrico através de diagramas.
Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido.
Imagens: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de
Autor Desconhecido.
Acima, temos exemplo de
linhas de força para duas
cargas puntiformes positivas
e de valores idênticos. No
exemplo, ambas são
positivas. Caso fossem
negativas, mudaria apenas o
sentido da orientação das
linhas de força, sendo
conservados os demais
aspectos.
Acima, temos exemplo de linhas de
força para duas cargas puntiformes:
uma positiva e outra negativa de
valores idênticos.
Características das Linhas de Força
Imagens: SEE-PE, redesenhado a partir de
imagem de Autor Desconhecido.
 Linha de força de um campo elétrico é uma linha que tangencia, em cada ponto, o
vetor campo elétrico resultante, associado ao ponto considerado.
 Quanto maior a distância até a carga, mais afastadas, entre si, estão as linhas, em
conformidade com o que já foi visto, isto é, o valor do campo diminui com a distância.
 Por convenção, as linhas de força são orientadas no sentido do vetor campo.
As linhas de força são sempre perpendiculares à superfície dos corpos carregados.
A concentração de linhas de força é diretamente proporcional à intensidade do
campo elétrico.
Trajetória de Partículas
Cargas negativas
movimentam-se
espontaneamente
contra o campo
Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de
imagem de Autor Desconhecido.
Cargas positivas
movimentam-se
espontaneamente
a favor do campo
CAMPO ELÉTRICO UNIFORME
Um campo elétrico denomina-se uniforme em uma região do espaço se
o vetor campo elétrico é o mesmo em todos os pontos da região
(mesma direção, mesmo sentido e mesma intensidade). Nele, as linhas
de força são retas paralelas igualmente orientadas e espaçadas.
Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido.
Pode-se demonstrar que o campo entre
duas placas planas, paralelas e de
espessura desprezível é uniforme.
Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido.
Trajetória de Partículas
O Osciloscópio
Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido.
Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido.
A FORMAÇÃO DOS RAIOS
Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de
Autor Desconhecido.
Experiências realizadas com naves e
balões mostram que as nuvens de
tempestades (responsáveis pelos raios)
apresentam, geralmente, cargas elétricas
positivas na parte superior e negativas,
na inferior.
As cargas positivas estão entre 6 e 7 km de
altura, enquanto que as negativas, entre 3 e 4
km.
Para que uma descarga elétrica (raio) tenha
início, não há necessidade de que o campo
elétrico atinja a rigidez dielétrica do ar (3
MV/m), mas se aproxime dela (10 kV/m são
suficientes).
0 fenômeno inicia-se com uma primeira etapa:
uma descarga piloto, de pouca luminosidade, na
forma de árvore invertida, da nuvem para a
Terra . Ela vai ionizando o ar.
Uma vez que a descarga piloto atinja o solo,
tem início uma segunda etapa: a descarga
principal. Ela é de grande luminosidade,
dirigida da Terra para a nuvem, tem
velocidade da ordem de 30 000 km/s.
Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido.
0 efeito luminoso
do
raio
é
denominado
relâmpago e
o
efeito sonoro, que
resulta do forte
aquecimento
do
ar originando sua
rápida expansão,
é
denominado
trovão. Há raios
não só entre uma
nuvem e a Terra,
mas entre nuvens
e entre as partes
de uma mesma
nuvem.
O trovão é uma onda sonora, provocada pelo
aquecimento do canal principal durante a
subida da Descarga de Retorno. Ele atinge
temperaturas entre 20 e 30 mil graus Celsius
em apenas 10 microssegundos (0,00001
segundos). O ar aquecido se expande e gera
duas ondas: a primeira é uma violenta onda de
choque supersônica, com velocidade várias
vezes maior que a velocidade do som no ar e
que, nas proximidades do local da queda, é um
som inaudível para o ouvido humano; a
segunda é uma onda sonora de grande
intensidade a distâncias maiores. Esta constitui
o trovão audível.
LENDAS E VERDADES








Lenda: Se não está chovendo, não caem raios.
Verdade: Os raios podem chegar ao solo a até 15 km de distância do local da
chuva.
Lenda: Sapatos com sola de borracha ou os pneus do automóvel evitam que
uma pessoa seja atingida por um raio.
Verdade: Solas de borracha ou pneus não protegem contra os raios. No
entanto, a carroceria metálica do carro dá uma boa proteção a quem está
em seu interior, sem tocar em partes metálicas. Mesmo que um raio atinja o
carro, é sempre mais seguro dentro do que fora dele.
Lenda: As pessoas ficam carregadas de eletricidade quando são atingidas
por um raio e não devem ser tocadas.
Verdade: As vítimas de raios não "dão choque" e precisam de urgente
socorro médico, especialmente, reanimação cardiorrespiratória.
Lenda: Um raio nunca cai duas vezes no mesmo lugar.
Verdade: Não importa qual seja o local, ele pode ser atingido, repetidas
vezes, durante uma tempestade. Isso acontece até com pessoas.
O PARA-RAIOS
 0 objetivo principal de um para-raios é proteger uma certa região ou
edifício ou residência, ou semelhante, da ação danosa de um raio. Estabelecese, com ele, um percurso seguro da descarga principal entre a Terra e a
nuvem.
 Um para-raios consta, essencialmente, de uma haste metálica disposta
verticalmente na parte mais alta do edifício a proteger. A extremidade
superior da haste termina em várias pontas e a inferior é ligada à terra
através de um cabo metálico, que é introduzido profundamente no terreno.
Imagem: SEE-PE, redesenhado a
partir de imagem de Autor
Desconhecido.
 Quando uma nuvem eletrizada passa nas proximidades do para-raios, ela
induz neste cargas de sinal contrário. 0 campo elétrico, nas vizinhanças das
pontas, torna-se tão intenso que ioniza o ar e força a descarga elétrica
através do para-raios, que proporciona, ao raio, um caminho seguro até a
terra.
APLICAÇÕES DO CAMPO
ELÉTRICO
Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido.
APLICAÇÕES DO CAMPO
ELÉTRICO
Outra aplicação tecnológica está no
vasto uso de capacitores. Os
capacitores são dispositivos capazes
de armazenar cargas elétricas. O
capacitor plano é feito por duas placas
planas paralelas com dois terminais. O
fato das duas placas serem paralelas
faz com que se forme, entre elas, um
CEU (Campo Elétrico Uniforme). Uma
aplicação prática dos capacitores é o
FLASH de uma máquina fotográfica. Os
capacitores, nesse caso, acumulam
energia em campo elétrico para fazer
o FLASH disparar. Outras aplicações
práticas do campo elétrico são as fotocopiadoras, os dispositivos de
despoluição do ar e os para-raios.
Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem
de Autor Desconhecido.
Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de
imagem de Autor Desconhecido.
APLICAÇÕES DO CAMPO
ELÉTRICO
A observação de que o corpo elétrico humano é capaz de gerar campos elétricos
permite o desenvolvimento de uma tecnologia que poderá permitir nosso corpo
de fazer parte integrante de uma rede de informática: a Human Area Network,
que, através da tecnologia chamada de ‘’RedTacton’’, utiliza o campo elétrico
formado no corpo humano como um ‘meio’ de transmissão rápida e segura,
utilizando-se de um dispositivo transmissor/receptor RedTacton. Assim, 2 corpos
e 2 computadores poderiam trocar informações através do campo elétrico do
corpo dos usuários.
Imagem: US Navy / Public Domain.
APLICAÇÕES DO CAMPO
ELÉTRICO
Muitos equipamentos tecnológicos utilizam o campo elétrico na atividade
médica. Uma das mais recentes aplicações é o aparelho de ressonância
magnética, que usa campos eletromagnéticos na produção de imagens para o
diagnóstico de várias doenças. Outros tipos de equipamentos, como os de
análises sanguíneas, também fazem uso de campos elétricos e são
amplamente utilizados.
Tabela de Imagens
Slide
Autoria / Licença
Todas as SEE-PE, redesenhado a partir de imagem
imagens de Autor Desconhecido.
exceto a do
slide n°. 28
28
US Navy / Public Domain.
Link da Fonte
Acervo SEE-PE
Data do
Acesso
19/03/2012
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:US_Nav 19/03/2012
y_030819-N-9593R228_Civilian_technician,_Jose_Araujo_watches_
as_a_patient_goes_through_a_Magnetic_Reson
ance_Imaging,_(MRI)_machine.jpg