Módulo V Força e Campo Elétrico

Transcrição

1 Móulo V Clauia Regina Campos e Carvalho Móulo V orça e Campo létrico orça létrica: As interações, e atração ou e repulsão, entre corpos carregaos positiva ou negativamente são forças e natureza elétrica muito importantes em iversos equipamentos. Para simplificação e linguagem, muitas vezes é usaa a palavra carga no sentio e representar uma partícula carregaa eletricamente. Lei e Coulomb: Já vimos que partículas com cargas e mesmo sinal se repelem e as e sinais iferentes se atraem. ssa força e interação eletrostática entre as partículas carregaas foi meia pela primeira vez por C. A. e Coulomb, em LI D COULOMB: O móulo a força e interação eletrostática entre uas partículas carregaas é iretamente proporcional ao prouto os valores absolutos e suas cargas e inversamente proporcional ao quarao a istância que as separa. 1 A constante e proporcionaliae (k) epene o meio em que estão imersas as partículas e é enominaa constante eletrostática. O valor e k no vácuo (k 0 ) foi eterminao empiricamente: K 0 9,0 x 10 9 N.m /C (no SI) ste valor também se aplica quano o meio em que se encontram as partículas é o ar (seco): k ar k 0-1 -

2 Móulo V Clauia Regina Campos e Carvalho xercício 1: Duas esferas iênticas, e tamanhos esprezíveis, com cargas 3 e, encontram-se no vácuo, separaas e uma istância. Sobre caa uma elas age uma forças, e interação eletrostática. Colocam-se as uas esferas em contato até que atinjam o equilíbrio eletrostático. Calcule a intensiae a forças que age sobre as uas esferas quano separaas e uma istância, em relação à intensiae e. Resolução: Temos a seguinte situação inicial: 3 Pela lei e Coulomb: 1 (3) ( ) fetuano-se o contato: Distanciano-se e : 1 ' () () ' 4 ' Teremos então: ' 4 k 3 k ' 4 3 '

3 Móulo V Clauia Regina Campos e Carvalho Campo létrico: As manifestações as forças e atração ou repulsão eletrostáticas ocorrem em regiões o espaço one exista o que se enomina campo elétrico. m caa ponto o espaço e um campo elétrico há uma graneza vetorial que caracteriza a ação exercia sobre uma carga elétrica aí posicionaa. ssa graneza é chamaa e vetor campo elétrico. Consiere uma carga central. Ao se colocar, nas proximiaes, uma carga e prova q, esta será atraía ou repelia pela carga. ntão iz-se que a carga q está imersa num campo elétrico gerao pela carga. q CAMPO LÉTRICO: região o espaço em torno e uma carga ou superfície carregaa (), one qualquer corpo eletrizao fica sujeito à ação e uma força e origem elétrica. Relação entre força elétrica e campo elétrico: q ou q q > 0 e têm os mesmos sentios; q < 0 e têm sentios opostos; No sistema internacional, a uniae a intensiae o campo elétrico é N/C (newton/coulomb). sta uniae é equivalente a V/m (volt por metro). xercício : Uma carga puntiforme e -10µC é imersa num campo elétrico, cuja intensiae local é e 10 6 N/C e tem sentio horizontal, a esquera para a ireita. Peem-se a intensiae, a ireção e o sentio a força que atua sobre a carga

4 Móulo V Clauia Regina Campos e Carvalho Resolução: Temos os seguintes aos: q 10µ C N / C A força e o campo elétrico tem mesmas ireção e sentios opostos pois q < 0. A intensiae a força é aa por: C q N 10 6 Campo létrico e uma Carga Puntiforme: Seja uma carga central, fixa,, puntiforme, e uma carga e prova q, mergulhaa no campo elétrico e. O vetor campo elétrico tem sentios istintos, e acoro com o sinal a carga central, conforme tabela a seguir: q > 0 e têm o mesmo sentio > 0 < 0 Cargas e mesmo sinal se Cargas e sinais opostos repelem atraem-se > 0 < 0 q < 0 Cargas e sinais opostos Cargas e mesmo sinal se e têm sentios opostos. atraem-se repelem Poe-se concluir, através o exposto acima que: Se > 0, o vetor campo elétrico é e afastamento. Se < 0, o vetor campo elétrico é e aproximação

5 Móulo V Clauia Regina Campos e Carvalho Já sabemos que: q usano a lei e Coulomb teremos: O campo elétrico epene a carga central, o meio em que está e a istância o ponto à carga central. Campo létrico e várias Cargas Puntiformes: Sejam n cargas puntiforme fixas 1,,..., n e um ponto P o espaço. O vetor campo elétrico resultante as iversas cargas é a soma vetorial os vetores campo elétrico 1,,..., n, que caa carga, iniviualmente, gera em P n xercício 3: Determine a ireção, o sentio e a intensiae o vetor campo elétrico no ponto P a figura. O meio é o vácuo. A A P Resolução: Temos os seguintes aos: 10-6 C 1 m Logo: k m 9-5 -

6 Móulo V Clauia Regina Campos e Carvalho A ireção é a mesma a reta que une A e P e o sentio será a esquera para a ireita pois carga positiva gera um campo e afastamento. Linhas e orça: 9 10 (9 10 ) N / C As linhas e força (ou e campo) são linhas imaginárias, tangentes aos vetores campo elétrico em caa ponto o espaço sob influência elétrica e no mesmo sentio os vetores campo elétrico. Servem para visualizar melhor a atuação o campo elétrico. As linhas e força nascem as cargas positivas e morrem nas cargas negativas. No caso e termos uas cargas positivas e mesmo móulo, no ponto méio o segmento e reta que une as uas cargas, o campo elétrico é nulo. Campo létrico Uniforme: Um campo elétrico é ito uniforme se, em qualquer ponto ele, o vetor campo elétrico é o mesmo ( constante). Neste caso, as linhas e força são paralelas entre si e istanciaas igualmente. Bibliografia: Tipler, Paul A. Mosca, Gene. ísica, V.3 - Para Cientistas e ngenheiros (em Português).. LTC, 006. Nussenzveig, H. Moises. Curso e ísica Básica v. 3.. gar Blücher,