Artigo sobre o campo elétrico
Sobre o tema da carga elétrica, aprendemos que cargas iguais se repelem, enquanto cargas opostas se atraem. Se um objeto carregado positivamente for aproximado de um objeto carregado negativamente, os dois objetos se atraem, fazendo com que se movam um em direção ao outro. Por outro lado, se um objeto carregado positivamente for aproximado de outro objeto carregado positivamente, os dois objetos se repelirão, fazendo com que se afastem um do outro. Conforme estudado sobre a lei de Coulomb, objetos eletricamente carregados podem acelerar outros objetos eletricamente carregados devido à força elétrica que atua entre eles. A força elétrica exercida por um objeto eletricamente carregado sobre outro objeto eletricamente carregado é um exemplo de força que pode agir sem contato. Outro exemplo de força que pode agir à distância é a força da gravidade . A força gravitacional é exercida por um objeto com massa sobre outro objeto com massa.
A força de atrito , a força de empuxo e a força normal são exemplos de forças fáceis de entender, pois atuam quando há contato. Por outro lado, a força elétrica é um exemplo de força difícil de compreender, pois pode atuar a uma certa distância sem contato. Para entender a força elétrica que atua à distância, surge o conceito de campo elétrico. O conceito de campo elétrico foi desenvolvido pelo cientista britânico Michael Faraday (1791-1867).
Definição do campo elétrico (E)
Suponha que um copo estivesse inicialmente eletricamente neutro. Após ser esfregado com um pano, o copo fica eletricamente carregado. Quando o copo fica eletricamente carregado, um campo elétrico surge ao seu redor. Se o copo voltar a ficar neutro, o campo elétrico desaparece. Portanto, a existência de um campo elétrico (E) não pode ser separada da presença de uma carga elétrica. O campo elétrico não é uma substância como o ar, nem um tipo de onda como as ondas eletromagnéticas. Um campo elétrico é algo causado por uma carga elétrica e afeta o espaço ao redor dessa carga, enquanto outras cargas elétricas apenas sentem a influência do campo elétrico.
Para testar se existe um campo elétrico (E) em uma sala, assume-se a presença de uma carga de teste nesse espaço. Essa carga de teste é mínima (Q), de modo que o campo elétrico produzido por ela seja tão pequeno que possa ser ignorado. No entanto, a carga de teste pode sofrer a influência do campo elétrico gerado por outras cargas elétricas. A carga de teste é apresentada apenas para investigar a existência de um campo elétrico (E). Se houver um campo elétrico (E) no espaço,
A carga de teste deve estar sujeita à força elétrica, enquanto que, na ausência de um campo elétrico (E), a carga de teste não está sujeita à força elétrica.
Observe a figura ao lado.
Na Figura 1, as cargas +q₁ e +q₂ produzem um campo elétrico (E) no espaço circundante. Quando a carga de teste +q₀ é colocada em um ponto no espaço, ela sofre a ação de uma força elétrica. F₁ é a força elétrica exercida pela carga +q₁ sobre a carga de teste +q₀ , e F₂ é a força elétrica exercida pela carga +q₂ sobre a carga de teste +q₀ . Na Figura 2, quando a carga de teste é removida, o campo elétrico (E) permanece e não desaparece daquele ponto. E₁ é o campo elétrico produzido pela carga +q₁ , e E₂ é o campo elétrico produzido pela carga + q₂.
A magnitude do campo elétrico
O campo elétrico (E) é uma grandeza vetorial, ou seja, o campo elétrico possui magnitude e direção. A magnitude de um campo elétrico é geralmente chamada de intensidade do campo elétrico. A intensidade do campo elétrico em um ponto é definida como a força elétrica exercida por uma carga elétrica sobre uma carga de teste positiva colocada nesse ponto, dividida pelo tamanho da carga de teste.
E = intensidade do campo elétrico
F = força elétrica
q = carga de teste
A unidade da força elétrica é o Newton, e a unidade da carga elétrica é o Coulomb, portanto a unidade de E é Newton/Coulomb, abreviada como N/C.
A direção do campo elétrico
Na Figura 1a, uma carga elétrica positiva (+Q) exerce uma força elétrica sobre a carga de teste positiva (+q), sendo que a direção da força elétrica (F) se afasta da carga +Q.
Na Figura 1b, quando a carga de teste é removida, neste ponto existe um campo elétrico (E) cuja direção se afasta da carga elétrica Q.
Na Figura 2a, uma carga elétrica negativa (-Q) exerce uma força elétrica sobre uma carga de teste positiva (+q), onde a direção da força elétrica (F) se aproxima da carga -Q.
Na Figura 2b, quando a carga de teste é removida, neste ponto existe um campo elétrico (E) cuja direção é próxima à da carga elétrica -Q.
Com base na figura e na explicação acima, pode-se concluir que a direção do campo elétrico é afastando-se da carga elétrica positiva e aproximando-se da carga elétrica negativa.
Linhas de campo elétrico
O campo elétrico (E) é gerado por uma carga elétrica e afeta o espaço ao redor dessa carga, sendo que a influência do campo elétrico só é sentida por outras cargas elétricas. Quando outra carga elétrica está dentro do campo elétrico gerado por uma carga elétrica, ela sente a influência dessa força elétrica.
A compreensão do campo elétrico acima, conforme descrito no artigo sobre o campo elétrico (E), pode ser alcançada mentalmente, mas apenas imaginada. Para visualizar um campo elétrico (E), são apresentadas as linhas de campo elétrico. As linhas de campo elétrico são um conjunto de linhas desenhadas ao redor de uma carga elétrica para indicar a existência de um campo elétrico. Como o objetivo é mostrar a presença de um campo elétrico (E), existe uma conexão entre essas linhas e o próprio campo elétrico (E). Em outras palavras, a magnitude e a direção do campo elétrico (E) podem ser explicadas pelo desenho das linhas de campo elétrico.
A seguir, apresenta-se a relação entre a direção e a intensidade do campo elétrico com as linhas de campo elétrico:
Primeiramente, a direção do campo elétrico (E) se afasta da carga positiva e se aproxima da carga negativa. Assim, a direção das linhas do campo elétrico também se afasta da carga positiva e se aproxima da carga negativa.
Se uma carga positiva estiver adjacente a uma carga negativa, as linhas do campo elétrico se originam da carga positiva em direção à carga negativa. Por outro lado, se uma carga positiva estiver adjacente a outra carga positiva, as linhas do campo elétrico se originam de cada carga positiva e se afastam uma da outra.
Em segundo lugar, a intensidade do campo elétrico é representada pela distância entre as linhas do campo elétrico. Quanto menor a distância entre as linhas do campo elétrico, maior a intensidade do campo elétrico e, quanto maior a distância entre as linhas do campo elétrico, menor a intensidade do campo elétrico.
Por que, quanto menor a distância entre as linhas, maior a intensidade do campo elétrico? Para entender isso, considere a seguinte explicação. Suponha que uma carga positiva esteja no centro de uma esfera e que as linhas do campo elétrico se espalhem em várias direções pela superfície da esfera. Se o número de linhas do campo elétrico for N e a área da superfície da esfera for 4πr² , então o número de linhas por unidade de área, ou densidade de linhas, é N/4πr² . Com base nessa fórmula, para o mesmo N, se r diminuir, a distância entre as linhas diminui e, se r aumentar, a distância entre as linhas aumenta.
A fórmula da intensidade do campo elétrico E = kq / r² também mostra que a intensidade do campo elétrico é inversamente proporcional ao quadrado da distância. Se r for menor, a intensidade do campo elétrico aumenta, e se r aumentar, a intensidade do campo elétrico diminui.
Com base na análise acima, pode-se concluir que, se r diminui (aproximando-se da carga), a intensidade do campo elétrico aumenta e a distância entre as linhas também diminui. Por outro lado, se r aumenta (distanciando-se da carga), a intensidade do campo elétrico diminui e a distância entre as linhas também aumenta.
Terceiro, o número de linhas de campo elétrico é proporcional à intensidade do campo elétrico. Quanto mais linhas de campo elétrico, maior a intensidade do campo elétrico. Quanto menos linhas de campo elétrico, menor a intensidade do campo elétrico.
