2 Campos Elétricos. 2-2 Campos elétricos. Me. Leandro B. Holanda,

Transcrição

1 2 Campos Elétricos No capítulo anterior vimos como determinar a força elétrica exercida sobre uma partícula 1 de carga +q 1 quando a partícula é colocada nas proximidades de uma partícula 2 de carga +q 2. Resta, porém uma pergunta intrigante: como a partícula 1 sabe que existe a partícula 2? Um dos objetivos da Física é registrar observações a respeito do nosso mundo, como o módulo e a orientação da força que a partícula 2 exerce sobre a partícula 1; outro é explicar essas observações. Um dos objetivos desse capítulo é explicar o que acontece quando uma partícula sobre os efeitos de uma força elétrica. Podemos dizer que a partícula 2 cria um campo elétrico no espaço que a cerca. Quando a partícula 1 é colocada em um ponto qualquer desse espaço a partícula sabe que a partícula 2 existe porque é afetada pelo campo elétrico que a partícula 2 criou nesse ponto. Assim, a partícula 2 afeta a partícula 1 não através de um contato direto, mas através de um campo elétrico produzido pela partícula Campos elétricos A unidade de campo elétrico no SI é o newton por coulomb (N/C). A Tabela 22-1 ao lado mostra os campos elétricos associados a alguns objetos.

2 A temperatura, ou a pressão, tem um valor definido em todos os pontos de uma sala. A distribuição de temperaturas é chamada de campo de temperatura. A distribuição de pressão pode ser definida por um campo de pressão. Tempeturatura e pressão são grandezas escalares. Seus campos são então campos escalares. O campo elétrico é um campo vetorial. Associamos um vetor para cada ponto de uma região em torno de um objeto eletricamente carregado, como um bastão de vidro. Na figura ao lado uma carga (positiva) de prova q 0 é usada para medir a intensidade da força eletrostática no ponto P. Definimos o campo elétrico no ponto P produzido pelo objeto (bastão nesse caso) através da equação Fonte: PLT 709.

3 2-3 Linhas de campo elétrico As linhas de campo elétrico são usadas para visualizar a orientação e a intensidade dos campos elétricos. O vetor campo elétrico em qualquer ponto do espaço é tangente à linha de campo elétrico que passa por esse ponto. A densidade de linhas de campo elétrico em uma região do espaço é proporcional ao módulo do campo elétrico nessa região. As linhas de campo elétrico começam em cargas positivas e terminam em cargas negativas. Fonte: PLT 709.

4 Carga pontual: Figura As linhas de campo elétrico para carga pontual. (a) Para uma carga pontual positiva, as linhas são dirigidas radialmente para fora. (b) Para uma carga pontual negativa, as linhas são radialmente para dentro. Note que as figuras mostram apenas as linhas que estão no plano da página. (c) As áreas escuras são pequenos pedaços de fio suspenso em óleo, que alinham com o campo elétrico produzido por um pequeno condutor carregado no centro. Duas cargas pontuais: Figura (a) As linhas de campo elétrico para duas cargas de igual intensidade e sinais opostos (um dipolo elétrico). O número de linhas partem da carga positiva iguala o número terminando na carga

5 negativa. (b) As linhas escuras são pequenos pedaços de fios suspensos em óleo, que se alinham com o campo elétrico do dipolo. Fonte: Serway & Jewett. Figura (a) As linhas de campo elétrico para duas carga pontuais positivas. (As localizações A, B, e C são discutidas no Quiz abaixo). (b) Pedaços de fio suspensos em óleo, que alinham com o campo elétrico criado por duas cargas positivas de igual intensidade. Fonte: Serway & Jewett. Quiz: Ordene intensidades (ou módulos) do campo elétrico nos pontos A, B, e C mostrado no figura 23.23a (a maior intensidade primeiro).

6 Fonte: PLT 709. Fonte: PLT 709.

7 2-4 Campo elétrico produzido por uma carga pontual O campo elétrico produzido por uma carga pontual q a uma distância r da carga q é dado por O sentido de negativa. é para longe da carga pontual se a carga é positiva e na direção da carga se esta é Exemplo da página 25 do PLT 709: A Fig mostra três partículas de cargas q 1 =+2Q, q 2 = 2Q e q 3 = 4Q, todas situadas a uma distância d da origem. Determine o campo elétrico total produzido na origem pelas três partículas. Figura 22-7 Três partículas com cargas q 1, q 2 e q 3 situadas à mesma distância d da origem. Fonte: PLT 709. Solução Pela Fig 22-7a teremos que E 1 = 1 4 π ε 0 2Q d 2 e também

8 E 2 = 1 4 π ε 0 2Q d 2 e E 3 = 1 4 π ε 0 4Q d 2 As orientações dos vetores estão dados na Fig. 22-7b abaixo. Figura 22-8 A orientação de cada campo elétrico na origem devido as partículas da Fig (b) Os vetores campo elétrico, e produzidos pelas três partículas. (c) O vetor campo elétrico e a soma vetorial na origem. Fonte: PLT 709. Então teremos que E 1 +E 2 = 1 2Q 4 π ε 0 d + 1 2Q ou seja E 2 4 πε 0 d 2 1 +E 2 = 1 4Q 4 π ε 0 d 2 Pela Fig. 22-8c vemos que o campo total será dado por E=2E 3 x =2 E 3 cos30 o E= 1 4Q 1 6,93Q (0,866) ou E= 2 4πε 0 d 4 π ε 0 d 2

9 Pratique!

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11 Pratique! (resolver e entregar os problema 1 e 6 abaixo)