Eletrostática - Campo Elétrico

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Eletrostática
Eletrostática é a área da Física que abrange o estudo das cargas elétricas em repouso. Os fenômenos eletrostáticos estudados por essa área do conhecimento surgem em decorrência da força de atração e repulsão que as cargas elétricas exercem umas sobre as outras. Neste texto, falaremos sobre algumas das principais propriedades da Eletrostática, tais como carga elétrica, eletrização, força elétrica, potencial elétrico, campo elétrico e energia potencial elétrica.
 Núcleo (Próton e Neutron)
 Eletrosfera (Elétron)
 ( + ) Próton
 ( ) Neutron
 ( - ) Elétron
Carga elétrica
A carga elétrica é uma propriedade intrínseca (própria) das partículas fundamentais da matéria, como prótons e elétrons, assim como a massa. Corpos eletricamente neutros apresentam a mesma quantidade de cargas elétricas positivas e negativas. A unidade de carga elétrica no Sistema Internacional de Unidades é o Coulomb (C).
Além disso, a carga elétrica é uma grandeza física quantizada, isto é, ela apresenta um valor mínimo, de forma que não é possível encontrar corpos eletrizados com um módulo de carga elétrica menor que esse valor, chamado de carga fundamental, geralmente denotado pela letra e.
Os prótons e elétrons apresentam exatamente esse valor de carga elétrica, cerca de 1,6.10-19 C. Portanto, quando um corpo está eletricamente carregado, sua carga é um múltiplo inteiro da carga fundamental, uma vez que a eletrização ocorre a partir da adição ou remoção de elétrons, visto que os prótons se encontram ligados no interior dos núcleos atômicos.
Legenda:
Q – Módulo da carga elétrica (C – Coulombs)
n – Número de elétrons em falta ou em excesso
e – Carga fundamental (1,6.10-19 C)
	Nº prótons > Nº elétrons
	+
	Nº prótons < Nº elétrons
	-
	Nº prótons = Nº elétrons 
	Neutro
Exemplos: 
1 – Um corpo possui carga elétrica de 1,6µC. Sabendo-se que a carga elétrica fundamental é de C, podemos afirmar que no corpo há uma falta de:
Q = 1,6µC (µ= => sendo carga positiva é próton.
e = C
n= preciso descobrir
Q= n. e
Portanto podemos afirmar que falta elétrons. 
2 – Um corpo tem elétrons e prótons. Como a carga elétrica de um elétron (ou próton) vale em módulo, e=1,6., podemos afirmar que o corpo está carregado com uma carga elétrica de: 
Q = descobrir a carga
Q= n . e
Lei de Du Fay
“Cargas elétricas de mesmo sinal se repelem e de sinais contrários se atraem.”
Famosa frase que os opostos se atraem.
Lei de Coulomb – Força Elétrica
Denominamos de carga elétrica puntiforme o corpo eletrizado cujas dimensões são desprezíveis em relação às distâncias que o separam de outros corpos. Caso consideremos duas cargas elétricas Q1 e Q2, separadas por uma distância d e situadas no vácuo, dependendo do sinal das cargas elas podem se atrair ou se repelir.
Cargas elétricas de sinais contrários atraem-se
Assim, podemos definir que as cargas elétricas de mesmo sinal exercem uma força que as mantém separadas, já as cargas com sinais contrários exercem uma força de atração entre si. Essa força foi analisada por Charles Augustin Coulomb.
Coulomb foi o responsável por desenvolver a teoria que hoje chamamos de Lei de Coulomb.
Essa lei enuncia que a intensidade da força eletrostática entre duas cargas elétricas é diretamente proporcional ao produto dos módulos das cargas elétricas e inversamente proporcional ao quadrado da distância que as separa.
Podemos escrever:
Onde:
F → é a força elétrica entre as cargas
k → é a constante eletrostática no vácuo (ko = 9 x 109 N.m2/C2)
Q→ carga elétrica
d→ distância
Unidades no SI:
Cargas Q1 e Q2 – coulomb (C)
Distância d – metro (m)
Força elétrica F – newton (N)
Constante eletrostática k – N.m2/C2
Prefixos comuns para cargas elétricas
Exemplo:
Duas partículas eletricamente carregadas, com cargas +3µC e +2µC, encontram-se separadas no vácuo a uma distância de 50cm. Calcule o módulo da força eletricamente entre elas e indique se essa força é repulsiva ou atrativa. 
Campo Elétrico
O campo elétrico desempenha a função de transmissor das interações entre cargas elétricas, podendo ser de afastamento ou de aproximação, de acordo com o sinal da carga que o produziu.
As cargas elétricas puntiformes são corpos eletrizados cujas dimensões são desprezíveis se comparadas às distâncias que as separa de outros corpos eletrizados.
Observamos que na região onde existe um campo elétrico, surgirá uma força sobre uma carga puntiforme de prova que for introduzida em algum ponto deste campo. Esta força poderá ser de repulsão ou de atração.
Fórmula do Campo elétrico
Quando uma carga puntiforme eletrizada está fixa em um ponto, ao seu redor irá surgir um campo elétrico.
A intensidade deste campo depende do meio em que a carga está inserida e poderá ser encontrada através da seguinte fórmula:
Sendo:
E: intensidade do campo elétrico (N/C)
k0: constante eletrostática no vácuo (9.109 N.m2/C2)
|Q|: módulo da carga (C)
d: distância entre a carga e um ponto do campo
Intensidade do campo elétrico
O valor da intensidade do campo elétrico pode ser encontrado através da seguinte fórmula:
Onde:
E: campo elétrico
F: força elétrica
Q: carga elétrica
No Sistema Internacional de Unidade, a intensidade do campo elétrico é medido em Newton por Coulomb (N/C), a força em Newton (N) e a carga elétrica em Coulomb (C).
 
Potencial elétrico
O potencial elétrico, medido em Volts (V), é definido como o trabalho da força elétrica sobre uma carga eletrizada no deslocamento entre dois pontos.
Considerando dois pontos A e B e o valor do potencial no ponto B nulo, então o potencial será dado por:
Onde:
VA: Potencial elétrico no ponto A (V)
TAB: trabalho para deslocar uma carga do ponto A ao ponto B (J)
q: Carga elétrica (C)
Diferença de Potencial em um campo elétrico uniforme
Quando temos um campo elétrico uniforme, podemos encontrar a diferença de potencial entre dois pontos através da fórmula:
Sendo
U: diferença de potencial (V)
VA: potencial no ponto A (V)
VB: potencial no ponto B (V)
E: campo elétrico (N/C ou V/m)
d: distância entre as superfícies equipotenciais, ou seja, superfícies com mesmo potencial (m)
1) (UERJ – 2017)Admita que a distância entre os eletrodos de um campo elétrico é de 20 cm e que a diferença de potencial efetiva aplicada ao circuito é de 6 V. Nesse caso, a intensidade do campo elétrico, em V/m, equivale a:
Para calcular o valor da intensidade do campo elétrico, iremos usar a fórmula:
U = E.d
d= 20 cm = 0,2 m 
Substituindo os valores na fórmula, encontramos: