Apostila de Eletrostática - ITA

Apostila de Eletrostática - ITA

(Parte 3 de 9)

8> Duas cargas puntiformes Q1 = 6 µC e Q2 = - 8 µC encontram-se fixadas nos pontos A e B como mostra a figura abaixo.

Determinar a intensidade da força resultante que atua sobre uma carga Q3 = 1 µC colocada no ponto C. Considere o meio como sendo o vácuo.

5 – Campo Elétrico

5.1 – ANALOGIA DO CAMPO ELÉTRICO COM O CAMPO GRAVITACIONAL Para entendermos o conceito de campo elétrico façamos uma analogia com o campo gravitacional.

Sabemos que a Terra cria um campo gravitacional em torno de si e cada ponto desse campo existe um vetor campo gravitacional g. Assim um corpo colocado num ponto desse campo fica sujeito a uma força de atração gravitacional chamada Peso.

3 cm A B

Eletricidade Maurício R.L.

Figura 10

Com as cargas elétricas o fenômeno é semelhante, um corpo eletrizado cria em torno de si um campo elétrico. Cada ponto desse campo é caracterizado por um vetor campo elétrico E. Qualquer carga colocada num desses pontos ficará submetida a uma foça elétrica. A grande diferença aqui é que a força poderá ser de atração ou repulsão.

Figura 1

Para determinarmos o módulo do vetor campo elétrico podemos recorrer a analogia feita anteriormente com o campo gravitacional. Sabemos que a aceleração da gravidade local pode ser calculada como sendo a razão do Peso e da massa de um corpo colocado na região do campo gravitacional.

m Pg=

Portanto o campo elétrico de uma carga de prova q colocada em um ponto desse mesmo campo será dado pela razão da Força sobre ela (natureza elétrica) e o valor dessa carga.

q FE=

Direção → É a mesma direção da Força Elétrica.

Sentido → se q > 0, o sentido é o mesmo da força; se q < 0, o sentido é o contrário da força.

UNIDADES NO SI: q→ carga elétrica ⇒ Coulomb (C) F → Força Elétrica ⇒ Newton (N) E → Campo Elétrico ⇒ Newton/Coulomb (N/C)

PG m

Eletricidade Maurício R.L.

9> Uma carga q = -2 µC é colocada num ponto A de um campo elétrico, ficando sujeita à ação de uma força de direção horizontal, sentido para a direita, e de módulo F = 8 . 10-3 N. Determine as características do vetor campo elétrico nesse ponto A.

10> Uma partícula de massa m = 2,0 g e carga elétrica q = 5,0 C está em equilíbrio estático, sujeita simultaneamente a ação de um campo elétrico vertical e ao campo gravitacional terrestre (g = 10 m/s2). Determinar as características do vetor campo elétrico no ponto onde se encontra essa partícula.

5.2 – CAMPO ELÉTRICO GERADO POR UMA CARGA PUNTIFORME Consideremos uma carga puntiforme Q. Colocamos uma carga de prova q a uma distância d da carga geradora Q. Imaginando que as duas cargas são positivas, termos a situação que se segue:

Figura 12

Partindo da definição de campo elétrico, temos: q

Pela Lei de Coulomb, sabemos que:

q.Q kF=

Substituindo a lei de Coulomb na definição de Campo, temos:

Simplificando, fica:

2d QkE=

Eletricidade Maurício R.L.

Como conseqüência, do que vimos acima, podemos concluir que o campo elétrico no ponto estudado não depende da carga de prova e sim da carga que gera o campo.

5.3 – CAMPO ELÉTRICO GERADO POR VÁRIAS CARGAS PUNTIFORMES.

Caso tenhamos mais do que uma carga puntiforme gerando campo elétrico, como na figura abaixo, o campo elétrico resultante será dado pela soma vetorial dos vetores campos elétricos produzidos por cada uma das cargas.

Figura 13

5.4 – CAMPO ELÉTRICO UNIFORME. Um campo elétrico é chamado uniforme quando o vetor campo elétrico for o mesmo em todos os pontos desse campo. Este tipo de campo pode ser obtido através da eletrização de uma superfície plana, infinitamente grande e com uma distribuição homogênea de cargas.

Figura 14

1> Determinar a intensidade do campo elétrico gerado por uma carga puntiforme

EXERCÍCIOS Q = 4,0 µC, num ponto situado a 3,0 cm, admitindo que o meio seja o vácuo.

Q1 Q2 Qn

Eletricidade Maurício R.L.

12> A intensidade do campo elétrico gerado por uma carga Q, puntiforme num ponto

P, a uma distância d, é igual a E; qual a nova intensidade do campo elétrico gerado por uma carga 3 Q num ponto situado a uma distância igual 4 d ?

13> Duas cargas puntiformes Q1 = 2,0 µC e Q2 = -2,0 µC estão fixas em dois vértices de um triângulo equilátero de lado l = 6,0 cm. Determinar as características do vetor campo elétrico resultante no terceiro vértice.

14> Duas cargas puntiformes, Q1 = 4 µC e Q2 = 9 µC, estão separadas por uma distância de 15 cm; em que ponto da reta que une essas cargas o campo elétrico resultante é nulo ?

15> Determine a intensidade, a direção e o sentido do vetor campo elétrico resultante no ponto P, criado pelas cargas elétricas. Considere Q = 3µC, d = 2 cm.

5.5 – LINHAS DE FORÇA.

Quando quisermos visualizar a distribuição de um campo elétrico através do espaço, nós o faremos através do contorno das suas linhas de força que, por definição, são linhas imaginárias construídas de tal forma que o vetor campo elétrico seja tangente a elas em cada ponto. As linhas de força são sempre orientadas no mesmo sentido do campo.

Figura 15

No caso de um campo elétrico gerado por uma carga puntiforme isolada, as linhas de força serão semi-retas. Caso a carga geradora seja puntiforme e positiva, teremos:

Figura 16 Se a carga geradora for negativa:

Figura 17

(Parte 3 de 9)

Comentários