FORÇA E CAMPO ELÉTRICO – 213EE T E O R I A

1
FORÇA E CAMPO ELÉTRICO – 213EE T E O R I A 1. Campo elétrico UNIFORME Define‐se como campo elétrico uniforme uma região do espaço onde o vetor campo elétrico possui, em todos os pontos, a mesma direção, o mesmo sentido e o mesmo módulo. Idealmente, o campo elétrico uniforme seria produzido por uma distribuição plana, infinita e uniforme de cargas elétricas, como mostra a figura 1. Figura 1 ‐ Campo elétrico produzido por uma distribuição plana, infinita e uniforme de cargas. Na prática, este campo pode ser obtido na região interna de duas placas metálicas planas e de mesma área, paralelas e eletrizadas com cargas de sinais opostos. Repare na figura 2: isso é válido apenas no interior das placas, pois nas extremidades da placa, o campo elétrico não é uniforme. Quando a distância de separação das placas é muito menor que as dimensões da placa, a quantidade de carga na superfície externa é muito pequena e o efeito nas bordas é desprezível. Nesse caso, assume‐se que o campo elétrico produzido no interior das placas é uniforme. 2. ANÁLISE GEOMÉTRICA DO CAMPO ELÉTRICO UNIFORME Como o vetor campo elétrico tem sempre a mesma direção, as linhas de força tornam‐se retilíneas. E o fato de vetor campo elétrico apresentar a mesma intensidade em todos os pontos faz com que as linhas de força sejam igualmente espaçadas. Figura 2 ‐ Campo elétrico produzido por duas placas metálicas planas e de mesma área, paralelas e eletrizadas com cargas de sinais opostos. 2
FORÇA E CAMPO ELÉTRICO – 213EE Lembre‐se que a intensidade do campo elétrico é proporcional à densidade das linhas de força, ou seja, quanto mais intenso seja o campo, mais próximas as linhas estarão. Portanto, para indicar sempre a mesma intensidade para o campo elétrico, elas devem possuir sempre a mesma distância entre si. As superfícies equipotenciais na região de campo elétrico uniforme são planos paralelos entre si (veja figura 3), cujo valor do potencial elétrico vai diminuindo à medida que se caminha no sentido da linha de força. Elas devem ser sempre perpendiculares às linhas de força. Figura 3 ‐ Representação das superfícies equipotenciais em uma região de campo elétrico uniforme. 3 TRABALHO DA FORÇA ELÉTRICA NUM CAMPO ELÉTRICO UNIFORME Observando a figura 4, considere um campo elétrico uniforme e uma partícula eletrizada que se desloque em seu interior de um ponto A a um ponto B. Figura 4 ‐ Efeito do campo elétrico sobre uma partícula eletrizada que se desloca de A até B. Sobre a partícula estará atuando uma força elétrica constante, visto que o campo é uniforme, (1) temos: F= q.E Partindo da definição de trabalho realizado por uma força constante e paralela à direção do movimento, temos: τAB =F.d (2) 3
FORÇA E CAMPO ELÉTRICO – 213EE Substituindo F τAB =q.E.d (3) Repare que d não corresponde à distância entre os pontos A e B. d é a distância entre a superfície equipotencial que passa pelo ponto A e a superfície equipotencial que passa por B. 4. DIFERENÇA DE POTENCIAL NUM CAMPO ELÉTRICO UNIFORME A definição geral de trabalho realizado pelo campo elétrico sobre uma carga que se desloca desde A a B, devido a uma diferença de potencial UAB, é: τAB =q.UAB (4) Considerando a expressão achada antes para o trabalho realizado pela força elétrica em um campo elétrico uniforme: τAB =q.E.d (5) E comparando ambas as expressões, concluímos que a diferença de potencial entre A e B é dada por: UAB=E.d (6) Essa equação obtida para a diferença de potencial elétrico permite a introdução da unidade oficial no SI para a intensidade do campo elétrico. De acordo com a equação anterior, tem‐se que: E=UAB/d (7) Ou seja, a unidade de campo elétrico é designada por V/m, que é equivalente ao N/C utilizado anteriormente. 4
FORÇA E CAMPO ELÉTRICO – 213EE REFERÊNCIAS
VESTIBULAR é vestibulandoweb. Disponível em: http://www.vestibulandoweb.com.br. Acesso em: 19 jan. 2009. TABARES, R. H. et al. Eletrostática: software educacional. Rio de Janeiro: Passo a Passo Tecnologia em Educação e Treinamento, 2005. TABARES, R. H. et al. Eletrodinâmica: software educacional. Rio de Janeiro: Passo a Passo Tecnologia em Educação e Treinamento, 2005. TABARES, R. H. et al. Eletromagnetismo: software educacional. Rio de Janeiro: Passo a Passo Tecnologia em Educação e Treinamento, 2005. TABARES, R. H. et al. Laboratório interativo de eletromagnetismo: software educacional. Rio de Janeiro: Passo a Passo Tecnologia em Educação e Treinamento, 1999.