FTE3-Cap22- Campo eletrico

Prévia do material em texto

Universidade do Estado do Rio de Janeiro
Instituto de Física Armando Dias Tavares 
Departamento de Eletrônica Quântica
Capítulo 22: Campo Elétrico
Física Teórica e experimental III
Universidade do Estado do Rio de Janeiro Instituto de Física
Até aqui...
Toda matéria é constituída por átomos
n,p+
e-
 
Universidade do Estado do Rio de Janeiro Instituto de Física
Até aqui...
Lei de Coulomb
 
 
Universidade do Estado do Rio de Janeiro Instituto de Física
Até aqui...
Princípio de superposição
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Universidade do Estado do Rio de Janeiro Instituto de Física
Exemplo: Replicação do DNA
5
Universidade do Estado do Rio de Janeiro Instituto de Física
Exemplo: Replicação do DNA
6
Universidade do Estado do Rio de Janeiro Instituto de Física
 
E agora...
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Universidade do Estado do Rio de Janeiro Instituto de Física
Assim...
 
+
 
 
-
   
Universidade do Estado do Rio de Janeiro Instituto de Física
O campo de uma carga pontual na 
origem
  
 
 
 
 
 
 
Universidade do Estado do Rio de Janeiro Instituto de Física
+
 
Universidade do Estado do Rio de Janeiro Instituto de Física
+
 
+Linhas de 
campo elétrico
Universidade do Estado do Rio de Janeiro Instituto de Física
 
+
-
Universidade do Estado do Rio de Janeiro Instituto de Física
Ainda as linhas de campo elétrico
com duas cargas 
opostas de mesma 
intensidade
dipolo elétrico
Universidade do Estado do Rio de Janeiro Instituto de Física
Ainda as linhas de campo elétrico
Agora com duas cargas 
positivas iguais
Universidade do Estado do Rio de Janeiro Instituto de Física
Ainda as linhas de campo elétrico
 
Universidade do Estado do Rio de Janeiro Instituto de Física
Exemplo 1
A figura mostra três partículas de cargas q1=+2Q, q2=-2Q e q3=-4Q, 
todas situadas a uma distância d da origem. Determine o campo 
elétrico E produzido na origem pelas três cargas.
Universidade do Estado do Rio de Janeiro Instituto de Física
Exemplo 1
Universidade do Estado do Rio de Janeiro Instituto de Física
Exemplo 1
Universidade do Estado do Rio de Janeiro Instituto de Física
Cálculo do campo elétrico de um dipolo
   
 
 
 
  
Universidade do Estado do Rio de Janeiro Instituto de Física
Cálculo do campo elétrico de um dipolo
   
 
 
 
  
 
 
 
Universidade do Estado do Rio de Janeiro Instituto de Física
Cálculo do campo elétrico de um dipolo
 
   
    
 
 
 
 
 
Universidade do Estado do Rio de Janeiro Instituto de Física
Cálculo do campo elétrico de um dipolo
 
   
    
 
 
 
 
 
Universidade do Estado do Rio de Janeiro Instituto de Física
Cálculo do campo elétrico de um dipolo
  
Momento de dipolo elétrico
 
Universidade do Estado do Rio de Janeiro Instituto de Física
Cálculo do campo elétrico de um dipolo
Em geral
+
-
 
 
   
H H
O
   
 
 
Universidade do Estado do Rio de Janeiro Instituto de Física
O dipolo num campo elétrico uniforme
+
-
 
 
 
 
 
 
 
  Força resultante sobre o dipolo é nula
Universidade do Estado do Rio de Janeiro Instituto de Física
O dipolo num campo elétrico uniforme
+
-
 
 
 
 
+-
 
  +
-
 
 
Universidade do Estado do Rio de Janeiro Instituto de Física
O dipolo num campo elétrico uniforme
+
-
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Universidade do Estado do Rio de Janeiro Instituto de Física
O dipolo num campo elétrico uniforme
+
-
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Universidade do Estado do Rio de Janeiro Instituto de Física
O dipolo num campo elétrico uniforme
+
-
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Universidade do Estado do Rio de Janeiro Instituto de Física
O dipolo num campo elétrico uniforme
+
-
 
 
 
 
 
 
 
 
 
   
Universidade do Estado do Rio de Janeiro Instituto de Física
Energia potencial de um dipolo
 
 
 
   
Universidade do Estado do Rio de Janeiro Instituto de Física
Energia potencial de um dipolo
 
 
 
 
 
-1
-0,5
0
0,5
1
0 45 90 135 180 225 270 315 360
U(θ)
τ(θ)
 
 
Universidade do Estado do Rio de Janeiro Instituto de Física
Teste 1
Qual a unidade do campo elétrico no SI: 
(A) N.C² 
(B) C/N 
(C) N 
(D) N/C 
(E) C/m²
Universidade do Estado do Rio de Janeiro Instituto de Física
Teste 1
Qual a unidade do campo elétrico no SI: 
(A) N.C² 
(B) C/N 
(C) N 
(D) N/C 
(E) C/m²
Universidade do Estado do Rio de Janeiro Instituto de Física
Teste 2
(A) Y é negativa e Z é positiva. 
(B) O módulo do campo elétrico é o mesmo em todos os 
pontos. 
(C) O campo elétrico é não nulo em qualquer ponto (exceto 
para distâncias muito grandes das esferas). 
(D) O campo elétrico é mais forte no ponto médio entre Y e Z. 
(E) Y e Z devem ter o mesmo sinal.
Universidade do Estado do Rio de Janeiro Instituto de Física
Teste 2
(A) Y é negativa e Z é positiva. 
(B) O módulo do campo elétrico é o mesmo em todos os 
pontos. 
(C) O campo elétrico é não nulo em qualquer ponto (exceto 
para distâncias muito grandes das esferas). 
(D) O campo elétrico é mais forte no ponto médio entre Y e Z. 
(E) Y e Z devem ter o mesmo sinal.
Universidade do Estado do Rio de Janeiro Instituto de Física
Exemplo 1
 
Universidade do Estado do Rio de Janeiro Instituto de Física
Exemplo 1
 
 
 
Universidade do Estado do Rio de Janeiro Instituto de Física
Exemplo 2
 
Universidade do Estado do Rio de Janeiro Instituto de Física
Exemplo 2
 
 
Universidade do Estado do Rio de Janeiro Instituto de Física
Exercício 1
 
Universidade do Estado do Rio de Janeiro Instituto de Física
Exercício 2
 
 
 
 
 
 
 
Universidade do Estado do Rio de Janeiro Instituto de Física
 
 
 
 
 
Exercício 2
 
 
 
 
 
Universidade do Estado do Rio de Janeiro Instituto de Física
 
 
 
 
 
Exercício 2
 
 
 
 
 
 
 
Universidade do Estado do Rio de Janeiro Instituto de Física
Exercício 3
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Universidade do Estado do Rio de Janeiro Instituto de Física
Exercício 3
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Universidade do Estado do Rio de Janeiro Instituto de Física
Exercício 3
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Universidade do Estado do Rio de Janeiro Instituto de Física
Exercício 4
 
+
-
 
 
 
   
Universidade do Estado do Rio de Janeiro Instituto de Física
Exercício 4
+
-
 
 
 
   
Universidade do Estado do Rio de Janeiro Instituto de Física
Exercício 4
+
-
 
 
 
   
Universidade do Estado do Rio de Janeiro Instituto de Física
Exercício 4
+
-
 
 
 
   
 
Universidade do Estado do Rio de Janeiro Instituto de Física
Exercício 4
+
-
 
 
 
   
 ! ! ! !
Universidade do Estado do Rio de Janeiro Instituto de Física
Exercício 5
 
Universidade do Estado do Rio de Janeiro Instituto de Física
Exercício 6
 
Universidade do Estado do Rio de JaneiroInstituto de Física
Exercício 6
Universidade do Estado do Rio de Janeiro Instituto de Física
Exercício 7
Uma haste fina de vidro é encurvada em forma 
de semicírculo raio r. Uma carga +q está 
uniformemente distribuída ao longo da metade 
superior e uma carga –q está uniformemente 
distribuída ao longo da metade inferior, como 
mostra a figura. Determine a intensidade, a 
direção e o sentido do campo elétrico no ponto 
P, o centro do semicírculo.
Universidade do Estado do Rio de Janeiro Instituto de Física
Exercício 7
Universidade do Estado do Rio de Janeiro Instituto de Física
Exercício 8
 A que distância ao logo do eixo central de um disco de 
plástico de raio R=0,6 m a intensidade do campo 
elétrico é igual a metade da intensidade do campo no 
centro da superfície do disco?
Universidade do Estado do Rio de Janeiro Instituto de Física
Exercício 9
Um elétron é liberado do repouso em um campo 
elétrico uniforme de intensidade igual a 2,00x104 N/C. 
Calcule a aceleração do elétron. (Ignore a força da 
gravidade).
Universidade do Estado do Rio de Janeiro Instituto de Física
Exercício 10
Ar úmido sofre ruptura elétrica (suas moléculas 
tornam-se ionizadas) em um campo elétrico de 
3,0x106 N/C. Nesse campo, qual a intensidade 
da força eletrostática que age (a) sobre um 
elétron e (b) sobre um íon no qual está faltando 
apenas um elétron?
Universidade do Estado do Rio de Janeiro Instituto de Física
Exercício 11
Duas placas paralelas de cobre estão distantes 5,0 cm e 
possuem um campo elétrico uniforme entre elas, 
como ilustrado na figura. Um elétron é solto da placa 
negativa no mesmo instante em que um próton é solto 
da placa positiva. Despreze a força de uma partícula 
sobre a outra e encontre a distância delas com relação 
à placa positiva quando elas passarem uma pela outra.
Universidade do Estado do Rio de Janeiro Instituto de Física
Exercício 11
Universidade do Estado do Rio de Janeiro Instituto de Física
Exercício 12
Um dipolo elétrico é formado por cargas +2e e -2e 
separadas de 0,78 nm (1 nm = 10-9 m). Ele está 
imerso em um campo elétrico com intensidade de 
3,4x106 N/C. Calcule a intensidade do torque que age 
sobre o dipolo quando o momento do dipolo for (a) 
paralelo, (b) perpendicular e (c) anti-paralelo ao 
campo.