Campo Elétrico Campo elétrico: O campo elétrico desempenha o papel de transmissor de interações entre cargas elétrica, ou seja, é o campo estabelecido em todos os pontos do espaço sob a influência de uma carga geradora de intensidade Q, de forma que qualquer carga de prova de intensidade q fica sujeita a uma força de interação (atração ou repulsão) exercida por Q. Campo elétrico de uma carga puntiforme: O campo elétrico em cargas com dimensões desprezíveis em relação à distância. Campo elétrico de várias cargas puntiformes fixas: O vetor campo elétrico E em P, devido a várias cargas Q 1, Q 2,..., Q n é dado pela soma vetorial E 1 + E 2 +... + E n.
Linhas de força: são linhas tangenciais ao vetor campo elétrico em cada um dos seus pontos. Elas são orientadas no sentido do vetor campo elétrico. Campo elétrico uniforme: É aquele em que o vetor campo elétrico E é o mesmo em todos os pontos. Assim, em cada ponto do campo, o vetor E tem a mesma intensidade, a mesma direção e o mesmo sentido. Distribuição da carga elétrica: Nos materiais isolantes submetidos à eletrização, a carga permanece no local da eletrização, pois não há elétrons livres que possam se mover pelo material. Nos condutores, ao contrário, quando eletrizados, a carga se distribui por toda a superfície do condutor, impelidos pela repulsão mútua entre eles, até que o condutor atinja o equilíbrio eletrostático. = Em pontos internos a um condutor eletrostático em equilíbrio, o campo elétrico é nulo (em seu interior) tanto nos pontos do material como nos da cavidade. O campo elétrico em regiões mais afastadas de um condutor esférico se comporta de forma semelhante a uma carga puntiforme. Para calcular sua intensidade, basta considerar toda a sua carga reunida no centro e utilizar a equação para o campo elétrico gerado por uma carga puntiforme.
Potencial Elétrico Energia potencial elétrica: Considere uma carga Q situada em um ponto P dentro de uma região de campo elétrico uniforme E. Essa carga esta sujeita a uma força F também constante, pois o campo é uniforme. Sob ação da força, a carga vai adquirir movimento acelerado ao longo da linha de força. Assim o trabalho da força elétrica é: τ = F * d, como, temos que: τ = q * E * d O trabalho da força elétrica só depende da carga, da intensidade do campo e das posições iniciais e finais. A força eletrostática é conservativa. A carga se deslocando de um ponto A para um ponto B, temos: τ = qed = qe(d B d A ) τ = Ep f - Ep i τ = - E, assim temos: τ = qe(d A d B ) Potencial elétrico: é a medida associada ao nível de energia potencial de um ponto de um campo elétrico. Como a energia potencial de uma carga em um campo elétrico uniforme E depende dos pontos inicial e final, podemos associar a cada ponto uma propriedade, caracterizada pela grandeza física chamada de potencial elétrico V. Supondo que o deslocamento seja d, e como E p = q*e*d, temos:, assim, temos: O potencial elétrico é uma grandeza escalar associada ao campo elétrico. Pode ter sinal positivo ou negativo dependendo do sinal do campo elétrico no ponto associado. Potencial elétrico de uma carga puntiforme: Consideremos uma carga puntiforme Q. O potencial elétrico em um ponto P a uma distância d é dada pela equação: O potencial elétrico diminui conforme aumentamos a distância.
Potencial elétrico criado por várias cargas: Consideremos agora várias cargas, Q1, Q2, Q3, e Q4 e um ponto P nas proximidades. O potencial desse ponto é resultante do potencial das diversas cargas elétricas, sendo a soma algébrica dos potenciais de cada carga. Temos então: Diferença de potencial (DDP): A ddp indica a possibilidade da realização de trabalho no deslocamento de cargas elétricas puntiformes entre os pontos considerados do campo elétrico. A diferença de potencial U é dada pela pelo trabalho τ realizado pelo campo elétrico para levar uma carga puntiforme de um ponto a outro. Potencial elétrico variando ao longo de uma linha de força: V A > V B > V C. Superfícies equipotenciais: Região cujos pontos têm o mesmo potencial. No caso de uma carga puntiforme Q, todos os pontos equidistantes da carga têm o mesmo potencial. Diferença de potencial em um campo elétrico uniforme: Em um campo elétrico uniforme, as diversas superfícies equipotenciais correspondem a potenciais diferentes, pois o potencial varia de um ponto para outro. U = V A V B = E*d
Potencial elétrico em condutores: Nos condutores esféricos, as cargas se distribuem uniformemente sobre a superfície. No entanto, em condutores com outras formas, as cargas tendem a se concentrar nas pontas. Densidade elétrica superficial: = = [ C/m 2 ] Quando dois condutores esféricos (condutor 1 com raio 2R e condutor 2 com raio R) são postos em contato, haverá distribuição de cargas até que seja atingido seu equilíbrio eletrostático, em que o potencial da esfera 1 será igual ao potencial da esfera 2, porém a densidade de carga em cada condutor dependerá da área de sua superfície. Sendo V 1 = V 2, temos Q 1 = 2Q 2. e Esfera 1 => Esfera 2=> = > Poder das pontas: O campo elétrico próximo às pontas pode ficar tão elevado por causa da alta concentração de cargas na região a ponto de provocar a ionização do ar ao redor delas. É esse efeito que provoca choques elétricos quando nos aproximamos de materiais condutores em dias secos. Potencial elétrico de um condutor esférico: Considere um condutor esférico de carga total Q e raio R. Em um ponto afastado do condutor, iremos considerar que toda a carga está no centro da esfera o que nos leva a mesma situação de uma carga puntiforme, o potencial será de: Em um ponto próximo ao condutor, iremos considerar a distância d como sendo o raio R da esfera, o potencial será de: Ponto P interno ao condutor: O campo elétrico no interior de um condutor esférico é nulo, assim o trabalho realizado pela força elétrica será zero, o que significa que a diferença de potencial entre dois pontos internos é nula e, portanto, o potencial é constante no interior, assim temos: =>, portanto:, e E int = 0