CAMPO ELÉTRICO

Introdução ao Campo Elétrico

O campo elétrico é uma região do espaço onde uma carga elétrica experimenta uma força. Ele é criado por cargas elétricas e pode ser descrito como a força por unidade de carga que uma carga de teste sentiria ao ser colocada naquele ponto.

Fórmulas Importantes

Força Elétrica (Lei de Coulomb)

A força elétrica entre duas cargas é dada pela Lei de Coulomb:
F = k₀(q₁ . q₂) / r²
onde:
- F é a força elétrica,
- k_e é a constante eletrostática (9 . 10⁹ N.m²/C²),
- q₁ e q₂ são as cargas,
- r é a distância entre as cargas.

Campo Elétrico

O campo elétrico E em um ponto é definido como a força F por unidade de carga q:
E = F / q
A unidade de campo elétrico é o Newton por Coulomb (N/C) ou Volt por metro (V/m).

Campo Elétrico de uma Carga Pontual

O campo elétrico E criado por uma carga pontual q é dado por:
E = k₀ q / r²
onde:
- E é o campo elétrico,
- k_e é a constante eletrostática,
- q é a carga,
- r é a distância da carga ao ponto onde se deseja calcular o campo.

Linhas de Campo Elétrico

As linhas de campo elétrico são uma representação visual do campo elétrico. Elas mostram a direção que uma carga de teste positiva se moveria se colocada no campo. As propriedades das linhas de campo incluem:
- Elas saem de cargas positivas e entram em cargas negativas.
- O número de linhas é proporcional à magnitude da carga.
- As linhas nunca se cruzam.

Campo Elétrico Uniforme

Um campo elétrico é dito uniforme quando a intensidade do campo elétrico é constante em todos os pontos. Um exemplo de campo elétrico uniforme é o campo entre duas placas paralelas carregadas com cargas opostas.

Exemplos de Questões Resolvidas

Questão 1:

Problema: Calcule a força elétrica entre duas cargas de 5 μC e 10 μC separadas por uma distância de 2 m.

Solução:
Usamos a fórmula da Lei de Coulomb:
F = k₀(q₁ . q₂) / r²
F = 8.99 x 10⁹ . (5 x 10^-6 . 10 x 10^-6) / 2²
F = 1.12 x 10^-2 N

Portanto, a força elétrica é 0,0112 N.

Questão 2:

Problema: Calcule o campo elétrico a uma distância de 3 m de uma carga pontual de 6 μC.

Solução:
Usamos a fórmula do campo elétrico de uma carga pontual:
E = k₀ q / r²
E = 8.99 . 10⁹ . 6 x 10^-6 / 3²
E = 5.99 . 10³ N/C

Portanto, o campo elétrico é 5990 N/C.

Questão 3:

Problema: Uma carga de 2 μC é colocada em um campo elétrico uniforme de 4000 N/C. Calcule a força que essa carga experimenta.

Solução:
Usamos a fórmula da força elétrica:
F = E . q
F = 4000 . 2 . 10^-6
F = 8 . 10^-3 N

Portanto, a força elétrica é 0,008 N.

Questões para Praticar

1. Calcule a força elétrica entre duas cargas de 3 μC e 9 μC separadas por uma distância de 1 m.

2. Uma carga de 4 μC é colocada em um campo elétrico uniforme de 5000 N/C. Calcule a força que essa carga experimenta.

3. Calcule o campo elétrico a uma distância de 5 m de uma carga pontual de 8 μC.

4. Uma carga de 1 μC experimenta uma força de 0,002 N. Calcule o campo elétrico nesse ponto.

5. Calcule a força entre duas cargas de -7 μC e 12 μC separadas por uma distância de 2,5 m.

Gabarito

1. F = 0,243 N

2. F = 0,02 N

3. E = 2876 N/C

4. E = 2000 N/C

5. F = 0,1206 N

Comportamento Gráfico de E x d e E x d²

O campo elétrico E varia com a distância d de uma carga de acordo com a relação inversa ao quadrado da distância. O comportamento gráfico de E x d é uma hipérbole e o comportamento de E x d² é uma linha reta.

Aplicações no Dia a Dia

1. Equipamentos Eletrônicos: Dispositivos como televisores, computadores e telefones celulares utilizam campos elétricos para funcionar.
2. Desfibriladores: Utilizados em emergências médicas para reiniciar o coração de uma pessoa que sofreu parada cardíaca, utilizando choques elétricos.
3. Motores Elétricos: Utilizam campos elétricos para converter energia elétrica em energia mecânica, sendo amplamente utilizados em eletrodomésticos e indústrias.