Campo Elétrico

1) O que é campo elétrico?

Campo elétrico é o campo invisível gerado no espaço ao redor de uma carga elétrica onde existe a capacidade da mesma de exercer força sobre outras cargas elétricas.

 

2) Como podemos representar o campo elétrico?

Podemos representar o campo elétrico por meio de linhas imaginárias, conhecidas como linhas de campo.

O campo elétrico é semelhante ao campo gravitacional, contudo a força gravitacional é sempre de atração, enquanto que a força elétrica pode ser de atração ou de afastamento, dependendo dos sinais das cargas envolvidas.

  

3) O que acontece com um corpo eletrizado quando colocado numa região em que há um campo elétrico?

Um corpo eletrizado cria um campo elétrico no espaço que o circunda, uma espécie de aura envolvendo a carga elétrica. Cada ponto desse campo é caracterizado por um vetor campo elétrico , análogo ao vetor  da gravitação. Qualquer carga colocada num desses pontos ficará submetida a uma força elétrica. 

4) Uma forma de representar campo elétrico:

a) Representação das linhas de campo numa carga positiva: sentido como se estivessem saindo da carga.

 

b) Representação das linhas de campo de cargas negativas: sentido entrando na carga.

 

Quanto maior for a proximidade entre as linhas de campo num ponto, mais intenso é o campo naquele ponto.

Fique atento, pois quanto mais próximo da carga, mais próximas as linhas de campo estão umas das outras.

 

5) Qual a diferença entre campo elétrico e vetor campo elétrico?

Campo elétrico é a região do espaço que circunda um corpo eletrizado, formando uma espécie de “área” que envolve o corpo eletrizado. Vetor campo elétrico é uma característica vetorial de um ponto pertencente ao campo elétrico.

 

6) Qual a diferença entre vetor campo elétrico e força elétrica?

Vetor campo elétrico é uma grandeza associada a um ponto pertencente ao campo elétrico, portanto é uma característica do ponto. Força elétrica é uma grandeza que aparece em um corpo eletrizado colocado em um ponto onde existe um vetor campo elétrico.

 

7) Como é determinado o módulo de um campo elétrico?

Se o objeto carregado com carga Q tiver uma quantidade de carga diferente de Q, isto é, o valor do campo elétrico no ponto q₀ (carga de prova), será diferente do calculo para Q. Além disso, se a localização do ponto considerado for alterado, o campo também será alterado. Quanto mais próximo do objeto carregado que origina o campo, maior será a sua intensidade.

A expressão F/q₀ permite calcular o valor do vetor campo elétrico criado por Q num ponto do espaço.

8) O que significa dizer que num certo ponto de um campo elétrico o vetor campo elétrico tem intensidade 50 N/C?

No SI, a força é medida em newton (N) e a quantidade de carga em coulomb (C). Consequentemente, a unidade de campo elétrico será a razão N/C. No caso da intensidade de um campo elétrico ser 50 N/C significa que, naquele ponto, cada corpo de carga 1 C fica sujeito a uma força elétrica de intensidade 50 N. Visto dessa forma, o vetor campo elétrico indica a força elétrica que vai ser aplicada na carga elétrica por unidade de carga. Assim, nesse ponto, uma carga de 5 C ficaria sujeita a uma força cuja intensidade é cinco vezes maior que 50 N.

 

9) A figura abaixo representa um ponto P no qual existe um campo elétrico .            

                                                                           

a) Determinar a direção e o sentido da força elétrica sobre a carga q₀ > 0 colocada no ponto P.

 Se q₀>0, F_e tem o mesmo sentido de E.

b) Determinar a direção e o sentido da força elétrica sobre a carga q₀ < 0 colocada no ponto P.

 Se q₀<0, F_e tem sentido oposto ao de E.

F_e e E têm sempre a mesma direção.

10) Como é explicada a energia elétrica num campo elétrico?

Uma carga sob ação de um campo elétrico é semelhante a um corpo sob ação de um campo gravitacional.

De modo análogo à energia potencial gravitacional, a energia potencial elétrica depende da distância entre a carga e um ponto de referência, podendo ser (ou não) transformada em energia cinética.

11) Como é definido matematicamente o potencial campo elétrico?

A energia potencial elétrica tem fórmula definida por:

onde:

E_p é a energia potencial elétrica, medida em Joule (J).

Q e q são as cargas elétricas, medidas em Coulomb (C).

d é a distância entre as cargas elétricas, medida em metros (m).

K é a constante eletrostática, de valor 9 x 10⁹ N⋅m²/C².

12) Duas cargas, Q = 5 x 10^–6  C e q = 2 C, estão separadas por uma distância de 1 m. Calcule a energia potencial elétrica desse sistema:

Lembre-se da equação da energia potencial elétrica:

Substitua os valores do enunciado

E_p = 9 x 10⁴ J

Atividades:

1) Julgue cada afirmativa como verdadeira (V) ou falsa (F):

a) Em torno de uma carga elétrica sempre haverá um campo elétrico. (    )

b) Em uma carga positiva, as linhas são desenhadas entrando na carga. (    )

c) Em uma carga negativa, as linhas são desenhadas saindo da carga. (    )

d) Um corpo eletrizado quando colocado numa região em que há campo elétrico sofre a ação de uma força elétrica. (     )

e) Em cada ponto de um campo elétrico existe a possibilidade de se exercer uma força elétrica, de igual intensidade em qualquer posição. (    )

f) A intensidade da força elétrica pode ser representada pela distância entre as linhas de campo próximas ao corpo carregado. Quanto mais intensa, mais afastadas as linhas estarão. (    )

g) Ao se colocar duas cargas próximas uma da outra, elas interagem formando um novo campo. (    )

 h) O potencial elétrico é uma grandeza que mostra a relação da energia potencial elétrica por unidade de carga num ponto do campo. (    )

i) A energia potencial elétrica depende da distância entre a carga e um ponto de referência, podendo ser (ou não) transformada em energia cinética. (    )

j) O campo elétrico gerado numa região do espaço depende exclusivamente da carga fonte e do meio. (    )

k) Se o campo elétrico de uma região não variar com o decorrer do tempo, ele será chamado de campo eletrostático. (    )

2) Seja E o vetor campo elétrico em P, gerado por uma carga elétrica Q e F_e a força eletrostática que age numa carga elétrica q colocada em P. Quais os sinais de Q e q nos casos indicados abaixo?

3) a) O que significa dizer que num certo ponto de um campo elétrico o vetor campo elétrico tem intensidade 100 N/C?

b) Qual seria a força elétrica de uma carga de 8 C nesse ponto?

c) Se uma carga 0,5 C estivesse nesse ponto qual seria o módulo da força elétrica desta carga?

 

4) Imediatamente antes de um relâmpago, uma nuvem tem em seu topo predominância de moléculas com cargas elétricas positivas, enquanto sua base é carregada negativamente. Considere um modelo simplificado que trata cada uma dessas distribuições como planos de carga paralelos e com distribuição uniforme. Sobre o vetor campo elétrico gerado por essas cargas em um ponto entre o topo e a base, é correto afirmar que

      (A) é vertical e tem sentido de baixo para cima.

      (B) é vertical e tem sentido de cima para baixo.

      (C) é horizontal e tem mesmo sentido da corrente de ar predominante no interior da nuvem.

       (D) é horizontal e tem mesmo sentido no norte magnético da Terra.

5) Seja Q (positiva) a carga gerada do campo elétrico e q a carga de prova em um ponto P, próximo de Q. Podemos afirmar que:

      (A) o vetor campo elétrico em P dependerá do sinal de q.

      (B) o módulo do vetor campo elétrico em P será tanto maior quanto maior for a carga q.

      (C) o vetor campo elétrico será constante, qualquer que seja o valor de q.

      (D) a força elétrica em P será constante, qualquer que seja o valor de q.

      (E) o vetor campo elétrico em P é independente da carga de prova q. 

Pesquisa:

1) O que é campo elétrico uniforme?

2) O que capacitância?

3) O que é capacitor?