As linhas de força são construções geométricas criadas por Michael Faraday e são muito úteis para se visualizar a direção do campo elétrico produzido por uma ou mais cargas elétricas. Show
Linha de força é uma linha imaginária cuja tangente é capaz de mostrar a direção do campo elétrico resultante de uma distribuição espacial de cargas. O conceito de linha de força foi introduzido por Michael Faraday para auxiliar a visualização do campo elétrico produzido por cargas em repouso. Veja também: Michael Faraday Linhas de força de cargas puntuais positivas e negativasCarga
puntual é aquela cujas dimensões podem ser desprezadas por serem muito pequenas. As linhas de força presentes nas cargas elétricas positivas e negativas diferem entre si. As linhas de força das cargas positivas são radiais (na direção do raio) e apontam sempre para fora da carga. As linhas de força das cargas negativas também são radiais, mas apontam para dentro da
carga. Observe a figura a seguir: Não pare agora... Tem mais depois da publicidade ;)
Linhas de força para múltiplas cargas elétricasQuando há mais de uma carga elétrica, como no caso ilustrado pela figura a seguir, as linhas de força coincidem entre si, saindo das cargas positivas e adentrando as cargas negativas:
Campo elétrico é uma grandeza vetorial que mede, ponto a ponto, o módulo da força elétrica exercida por unidade de carga. Conceito de campo elétricoO campo elétrico é uma grandeza vetorial que mede o módulo da força elétrica por unidade de carga em cada ponto do espaço ao redor de uma carga elétrica. Quanto maior for o campo elétrico em algum ponto do espaço, maior será a intensidade da força elétrica que atua sobre as cargas. Veja também: Força elétrica Campo elétrico de uma carga puntiformePara calcularmos o campo elétrico de uma carga puntiforme, isto é, de uma carga com dimensões desprezíveis, utilizamos a seguinte equação: E – campo elétrico A definição de campo elétrico está intimamente relacionada à força elétrica entre as cargas Q e q. A força elétrica entre duas cargas puntuais é dada pela lei de Coulomb: Veja também: Experimento de Coulomb Ao unirmos a lei de Coulomb com a própria definição de campo elétrico, teremos a seguinte relação: Campo elétrico uniformeO campo elétrico das cargas positivas é radial, isto é, propaga-se na direção da reta que liga um ponto do espaço à carga que o origina. Além disso, seu sentido é para fora, ou seja, o campo elétrico das cargas positivas emerge delas. Observe as figuras abaixo: Campo elétrico das cargas negativas Campo elétrico das cargas positivas Linhas de campo elétricoPodemos determinar o formato do campo elétrico gerado por uma carga ou por uma distribuição de cargas usando as linhas de campo elétrico. Cada ponto do espaço apresenta um módulo, uma direção e um sentido de campo elétrico. Para representarmos o campo elétrico, usamos um artifício geométrico chamado linhas de força. Essas linhas são desenhadas de forma que sua tangente indique a direção do campo elétrico. Linhas de força das cargas elétricas positiva e negativa. Atração e repulsão elétricaA atração ou a repulsão elétrica decorre da componente resultante do campo elétrico ponto a ponto. A tendência das cargas elétricas é repelirem-se quando seus sinais forem iguais e atraírem-se quando seus sinais forem diferentes. Na figura abaixo, temos uma carga negativa geradora de campo elétrico e duas cargas de prova que sofrem, respectivamente, atração e repulsão eletrostática, de acordo com seus sinais: Vetor campo elétricoPor apresentar módulo, direção e sentido, o campo elétrico é descrito por um vetor. Como todo vetor, o campo elétrico pode ser escrito em termos de suas componentes, nas direções x, y e z. Usando a notação i, j e k para denotar cada uma dessas direções, temos: Ex – direção x do campo elétrico Assim, o vetor campo elétrico pode ser escrito da seguinte forma: Módulo do campo elétrico resultanteComo o campo elétrico é uma grandeza vetorial, pode ser necessário calcular o módulo do vetor resultante da soma de campos elétricos. Nessa seção, veremos como é possível calcular o valor numérico do campo elétrico resultante em um ponto do espaço. Não pare agora... Tem mais depois da publicidade ;) Resultante de campos elétricos paralelosQuando dois vetores de campo elétrico encontrarem-se paralelos um em relação ao outro (ângulo de 0º), deveremos somá-los: ER – campo elétrico resultante Resultante de campos elétricos opostosQuando houver dois vetores de campo elétrico na mesma direção, porém com sentidos opostos (ângulo de 180º), é possível calcular o módulo do campo elétrico resultante por meio da diferença entre os módulos desses campos elétricos: Resultante de campos elétricos perpendicularesNos casos em que houver dois campos elétricos perpendiculares entre si, ou seja, quando os dois vetores cruzarem-se com ângulos de 90º, o módulo do campo elétrico resultante deles poderá ser calculado por meio do teorema de Pitágoras. Observe: Resultante de campos elétricos oblíquosSe o ângulo formado entre dois vetores de campo elétrico for diferente de 0º, 90º, 180º e 270º, utilizaremos a equação abaixo para calcular o módulo do campo elétrico resultante: α – ângulo entre os vetores de campo elétrico Campo elétrico e potencial elétricoDiferentemente do campo elétrico, o potencial elétrico é escalar. Essa grandeza mede a energia potencial elétrica por unidade de carga, ou seja, a quantidade de trabalho realizado pelo campo elétrico por unidade de carga. A unidade de potencial elétrico, de acordo com o Sistema Internacional de Unidades (SI), é o volt (V). É possível estabelecer uma relação matemática entre o campo elétrico gerado em um ponto do espaço e o potencial elétrico gerado por ele a uma distância d em relação a esse ponto. Observe: U – potencial elétrico Exercícios sobre campo elétrico1) Uma carga elétrica puntiforme de 10 mC é colocada no vácuo a uma distância de 0,5 m de um ponto P do espaço. Determine o módulo do campo elétrico gerado por essa carga no ponto P. Dados Resolução A fórmula usada para calcular o módulo do campo elétrico gerado por cargas puntiformes é mostrada abaixo: Antes de substituirmos os valores fornecidos no enunciado, precisamos lembrar que 10 mC equivalem a 10.10-3 C. Dessa forma, teremos o seguinte cálculo: 2) Dois vetores de campo elétrico perpendiculares entre si, de módulos iguais a 10 N/C e 20 N/C, cruzam-se em uma determinada posição do espaço. Determine o módulo do campo elétrico resultante nesse ponto. Resolução Como os dois vetores de campo elétrico descritos no exercício são perpendiculares entre si, utilizaremos o teorema de Pitágoras para calcular o módulo do campo elétrico resultante. Confira o cálculo feito abaixo: Como o campo elétrico e representado?E – módulo do campo elétrico [N/C ou V/m] Q – carga geradora do campo elétrico [C – Coulomb] k0 – constante eletrostática do vácuo [8,99.109 N.m²/C²] d – distância do ponto até a carga geradora [m – metro]
O que são as linhas de campo elétrico?As linhas de força são linhas imaginárias usadas para facilitar a visualização da direção do campo elétrico criado por uma ou várias cargas elétricas.
Como se comportam as linhas de campo elétrico de uma carga?Propriedades das linhas de força. As linhas de força não são reais, mas sim uma forma de visualizar o campo elétrico, já que ele apresenta módulo, direção e sentido distintos para cada ponto do espaço;. As linhas de força são sempre abertas, ou seja, não se fecham sobre si.. O que são as linhas de força de um campo elétrico como são representadas as linhas do campo elétrico em cargas positivas e em cargas negativas?Por convenção, as linhas de força têm a mesma orientação do vetor campo elétrico, de modo que para campos gerados por cargas positivas as linhas de força são divergentes (sentido de afastamento) e campos gerados por cargas elétricas negativas são representados por linhas de força convergentes (sentido de aproximação).
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