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10/05/2023 1Eletricidade - Prof. A. Lozéa - FMU Campo Elétrico Prof. MSc. PhD. Alberto Lozéa Feijó Soares E-mail: alberto.soares@fmu.br Departamento de Ciências Exatas – Engenharia Eletricidade – Aula 09 mailto:alberto.soares@fmu.br 10/05/2023 Eletricidade - Prof. A. Lozéa - FMU 2 O que é o Campo Elétrico? 10/05/2023 Eletricidade - Prof. A. Lozéa - FMU 3 1 Noção de Campo Elétrico O CAMPO ELÉTRICO é uma propriedade física estabelecida em todos os pontos do espaço ao redor de uma carga elétrica 𝑄 (carga fonte), tal que uma outra carga 𝑞 (carga de prova), ao ser colocada num desses pontos, fica sujeita a uma força de atração ou de repulsão, exercida pela carga fonte. 𝑄 10/05/2023 Eletricidade - Prof. A. Lozéa - FMU 4 2 Vetor Campo Elétrico (𝑬) Quando uma carga de prova 𝑞 é colocada em um ponto do espaço e sofre a ação de uma força 𝐹, dizemos, que, por definição, a razão entre 𝐹 e 𝑞 é igual ao módulo do CAMPO ELÉTRICO 𝐸 naquele ponto. Ou seja, o CAMPO ELÉTRICO 𝐸 é a força por unidade de CARGA que atua naquela carga de prova. A unidade de CAMPO ELÉTRICO no S.I. é o N/C. Se: ⇒ 𝐸 = Ԧ𝐹 𝑞 ❑ 𝑞 > 0 ⟹ 𝐹 e 𝐸 têm os mesmos sentidos; ❑ 𝑞- Prof. A. Lozéa - FMU 29 12 Exercícios 1) (UNEB) A força elétrica que atua sobre uma carga pontual de 20 μC, colocada em um campo elétrico uniforme de intensidade 400 kN/C, tem módulo igual a? Resp.: 𝑭 = 𝟖 𝐍. 2) (MACK-SP) A intensidade do vetor campo elétrico, num ponto situado a 3,0 mm de uma carga elétrica puntiforme 𝑄 = 2,7 μC, no vácuo, é? Resp.: 𝑬 = 𝟐, 𝟔𝟗𝟕 × 𝟏𝟎𝟗 𝐍/𝐂. 3) (UFGO) Uma carga puntiforme positiva 𝑞1 = 18 × 10−6 C dista, no vácuo, 20 cm de uma carga puntiforme negativa 𝑞2 = −8 × 10−6 C, conforme a Figura abaixo. A intensidade do vetor campo elétrico 𝐸 criado por essas duas cargas no ponto P, é? Resp.: 𝑬𝑻𝑶𝑻𝑨𝑳 = 𝟓, 𝟑𝟗𝟒 × 𝟏𝟎𝟔 𝐍/𝐂. 10/05/2023 Eletricidade - Prof. A. Lozéa - FMU 30 4) (UFSM-RS) Uma partícula com carga de 8 × 10–7 C exerce uma força elétrica de módulo 1,6 × 10–2 N sobre outra partícula com carga de 2 × 10–7 C . A intensidade do campo elétrico no ponto onde se encontra a segunda partícula é, em N/C? Resp.: 𝑬 = 𝟖 × 𝟏𝟎𝟒 𝐍/𝐂. 5) (UNICAMP) A figura mostra as linhas de força do campo eletrostático criado por um sistema de duas cargas puntiformes 𝑞1 e 𝑞2. a) Nas proximidades de qual carga o campo eletrostático é mais intenso? Por quê? b) Qual é o sinal do produto 𝑞1 por 𝑞2? 12 Exercícios 10/05/2023 Eletricidade - Prof. A. Lozéa - FMU 31 6) (UERJ) Duas cargas positivas 𝑄 e 𝑞, sendo 𝑄 > 𝑞, estão fixas nas posições indicadas no eixo 𝑂𝑥 representado na Figura abaixo. O ponto 𝑀 é equidistante das cargas 𝑄 e 𝑞. 𝑄 𝑞𝑀 𝑑 𝑑 𝑂 𝑥 Testando se o campo elétrico nos pontos do eixo 𝑂𝑥, verifica se que num deles o campo elétrico é nulo. Isto ocorre num ponto que se localiza: a) à esquerda da carga 𝑄 e o ponto 𝑀; b) entre a carga 𝑄 e o ponto 𝑀; c) no ponto 𝑀; d) entre o ponto 𝑀 e a carga 𝑞; e) à direita da carga 𝑞. 12 Exercícios 10/05/2023 Eletricidade - Prof. A. Lozéa - FMU 32 7) (UFRJ) A figura mostra duas cargas puntiformes: 𝑄 fixa no ponto A e 𝑞 = 1,6 × 10–10 C fixa no ponto B. Nessa situação elas se repelem eletricamente com forças de módulos iguais a 8,0 × 10–5 N. Determine a direção e o sentido do campo elétrico gerado pela carga 𝑄 no ponto médio no ponto médio M do segmento AB e calcule o seu módulo. Resp: direção horizontal da esquerda para a direita com módulo igual a 𝟐 × 𝟏𝟎𝟔 𝐍/𝐂. 12 Exercícios 8) Nos vértices B e C de um triângulo equilátero ABC, são colocadas as cargas +𝑄 e –𝑄, respectivamente, onde 𝑄 = 1,0 × 10−6 𝐶. Sendo 1,0 m a medida do lado do triângulo, determine a intensidade, a direção e o sentido do vetor campo elétrico resultante a) em A e b) no ponto médio de BC. O meio é o vácuo. Resp: a) 𝑬 = 𝟖, 𝟗𝟗 × 𝟏𝟎𝟑 𝐍/𝐂; b) 𝑬 = 𝟕, 𝟏𝟗𝟐 × 𝟏𝟎𝟒 𝐍/𝐂. 10/05/2023 Eletricidade - Prof. A. Lozéa - FMU 33 9) Duas cargas puntiformes são fixadas nos pontos A e B, distantes 1 m. Sendo a carga A, 𝑄𝐴 = 10–6 C , e a carga 𝑄𝐵 = 4 × 10–6 C, determine um ponto P, onde o vetor campo elétrico resultante seja nulo. Resp.: 𝒙 = 𝟏 𝟑 𝐦 em relação a carga A sobre o eixo AB. 12 Exercícios 10) Três cargas puntiformes estão distribuídas conforme a Figura abaixo. Considere 𝑄1 = 4,0 × 10−8 C, 𝑄2 = 1,0 × 10−8 C e 𝑄3 = 4,0 × 10−8 C. Calcule o módulo, direção e sentido do campo elétrico resultante no ponto A. Considere o meio o vácuo. Resp.: 𝑬𝑹 ≅ 𝟐𝟎𝟏, 𝟎𝟐 𝐍/𝐂. 10/05/2023 Eletricidade - Prof. A. Lozéa - FMU 34 11) (FUVEST-SP) Têm-se duas pequenas esferas A e B, condutoras, descarregadas e isoladas uma da outra. Seus centros estão distantes entre si, 20 cm conforme a Figura abaixo. Cerca 5,0 × 106 elétrons são retirados da esfera A e transferido para B. Considere a carga do elétron igual a 1,6 × 10−19 C e 𝑘 = 9,0 × 109 N ⋅ m2/C2. a) Qual o valor do campo elétrico em P? Resp.: 𝟏, 𝟒𝟒 𝐍/𝐂. b) Qual a direção do campo elétrico num ponto R sobre a mediatriz do segmento AB. Resp.: a mesma direção do segmento AB. 12 Exercícios 10/05/2023 Eletricidade - Prof. A. Lozéa - FMU 35 12) Uma partícula eletrizada negativamente com carga 𝑞 = −10−6 C, de massa 𝑚 = 2 × 10−6 kg, é abandonada em um campo elétrico uniforme de intensidade 𝐸 = 103 N/C. Pedem-se a direção e o sentido do movimento, a intensidade da força que atua na carga e a aceleração adquirida, desprezando-se as ações gravitacionais. Resp.: A direção do movimento é paralela ao campo mas em sentido oposto a ele. A força é 𝟏𝟎−𝟑 𝐍 e a aceleração é 𝟓𝟎𝟎𝐦/𝐬𝟐. 12 Exercícios 13) Uma gota de água de massa 𝑚 = 2 × 10−9 kg , eletrizada com carga positiva 𝑞 = 3 × 10−9 C , encontra-se em equilíbrio dentro de um campo elétrico uniforme e vertical conforme a Figura. Nessas circunstâncias, determine a intensidade do campo elétrico. Considere 𝑔 = 9,81 m/s2. Resp.: 𝑬 = 𝟔, 𝟓𝟒 𝐍/𝐂. 𝑃 𝐸 10/05/2023 Eletricidade - Prof. A. Lozéa - FMU 36 14) (Sears & Zemansky, Física III, 12ª Ed., pg. 11) Duas cargas puntiformes positivas iguais 𝑞1 = 𝑞2 = 2,0 μC estão localizadas em 𝑥 = 0, 𝑦 = 0,30 m e 𝑥 = 0, 𝑦 = −0,30 m, respectivamente. Determine o módulo, a direção e o sentido da força elétrica total (resultante) que essas cargas exercem sobre uma terceira carga puntiforme 𝑄 = 4,0 μC em 𝑥 = 0,40 m, 𝑦 = 0. Resp.: 𝑭𝑹 = 𝟎, 𝟒𝟔 𝐍, ao longo do eixo 𝒙 positivo. 12 Exercícios 10/05/2023 Eletricidade - Prof. A. Lozéa - FMU 37 15) (PUCC-SP) Duas cargas elétricas iguais a +q são fixadas nos vértices A e C de um quadrado. Para que o campo elétrico seja nulo no vértice D, é colocada no vértice B uma terceira carga que deve valer: 12 Exercícios a) 2 2𝑞 b) −2 2𝑞 c) 2𝑞 d) − 2𝑞 e) − 2 2 𝑞 10/05/2023 Eletricidade - Prof. A. Lozéa - FMU 38 13 Vídeo-aulas recomendadas [1] “Campo elétrico: aprenda definitivamente!”, Canal Professor Douglas Gomes, último acesso em 22/08/2019 às 17:19, https://youtu.be/TYQsxDVTH3Y https://www.youtube.com/channel/UCSdrRq5JGx2U0jAFjmKF0aA https://youtu.be/TYQsxDVTH3Y 10/05/2023 Eletricidade - Prof. A. Lozéa - FMU 39 13 Vídeo-aulas recomendadas [2] “Aula 1 - Campo Elétrico”, Canal DaLuz Aulas, último acesso em 17/09/2019 às 14:14, https://youtu.be/HeUIR_GCLTw https://www.youtube.com/channel/UCK-pDJBAR2nKa6P54PDfmng https://youtu.be/HeUIR_GCLTw Slide 1 Slide 2 Slide 3 Slide 4 Slide 5 Slide 6 Slide 7 Slide 8 Slide 9 Slide 10 Slide 11 Slide 12 Slide 13 Slide 14 Slide 15 Slide 16 Slide 17 Slide 18 Slide 19 Slide 20 Slide 21 Slide 22 Slide 23 Slide 24 Slide 25 Slide 26 Slide 27 Slide 28 Slide 29 Slide 30 Slide 31 Slide 32 Slide 33 Slide 34 Slide 35 Slide 36 Slide 37 Slide 38 Slide 39