CAMPO ELÉTRICO

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CAMPO ELÉTRICO
 
Acabamos de estudar a força elétrica mostrando que ela é uma força de ação a distância, isto é, as forças entre as cargas elétricas se manifestam a uma certa distância.
 
Para explicar o mecanismo de ação dessas forças, foi introduzido, em Física, o conceito de campo elétrico.
 
 
Conceitualmente, o campo elétrico deve ser entendido como um distúrbio ou uma perturbação que toda carga elétrica (positiva ou negativa) estabelece no espaço em seu entorno. Ao se explorar esse espaço, com o auxílio de uma carga puntiforme +q (aqui denominada carga de prova), verifica-se que ela sofre a ação de forças elétricas.
 
O campo elétrico pode ser representado, em cada ponto do espaço, por um vetor, usualmente simbolizado por chamado de vetor campo elétrico e que tem as seguintes características.
 
O módulo, denominado intensidade do campo elétrico, é dado pela expressão
 
 
Em que F é o módulo da força que atua em uma carga situada em um ponto do campo, e q é o módulo da carga sobre a qual está agindo a força 
 
Observe que da expressão obtemos F = E . q, o que nos permite calcular qualquer um dos elementos da igualdade, conhecendo-se os outros dois.
 
A direção e o sentido de  são dados pela direção e sentido da força que atua sobre uma carga positiva colocada no campo. 
Como, no sistema SI, os valores de F e q são dados em newton (N) e coulomb (C), respectivamente, é fácil deduzir que, nesse sistema, a unidade para a medida de E será o N/C (newton por coulomb).
 
EXEMPLO
 
Uma partícula eletrizada positivamente com carga se submete a uma força eletrostática de 36 . 103N horizontal para a direita, como mostra a figura. Determine o campo elétrico ao qual a partícula se submete. Dado:  
 
 
 
 
 
 
 
 
Corrente elétrica
 
Já sabemos que nos metais os elétrons livres existem em grande número e que se deslocam desordenadamente devido a agitação térmica, não determinando um deslocamento efetivo de carga.
Nos materiais sólidos, quando se consegue fazer com que esses elétrons se desloquem em uma mesma direção e em um mesmo sentido, teremos o que se denomina corrente elétrica.
 
 
Assim, para obtermos uma corrente elétrica em um condutor sólido, é necessário que tenhamos uma forma de orientar esses elétrons, fazendo com que eles se movimentem em uma certa direção.
 
Suponhamos que as duas esferas estejam carregadas eletricamente – uma com carga positiva e a outra negativa – e que a distância que as separa não permita que apareça uma força de atração entre elas, conforme enunciado na lei de Coulomb.
 
Se tomarmos um fio condutor e colocarmos suas extremidades nas duas esferas, estaremos fornecendo caminho aos elétrons livres da esfera B, que poderão atingir, assim, as cargas positivas pelas quais são atraídos.
Teremos, dessa forma, uma corrente elétrica atravessando o fio condutor.
  
Diferença de potencial
 
Para que os elétrons passem através de um condutor, formando uma corrente elétrica, vimos que foi necessário haver um acúmulo de cargas positivas e negativas em duas esferas.
 
Sempre que há movimento de cargas negativas, ele se dá de uma região de baixo potencial para outra de baixo potencial mais alto.
 
Somente circulará corrente elétrica entre dois pontos se houver uma diferença de potencial entre eles.
 
O movimento dos elétrons sé dá de uma região de menor potencial para uma de maior potencial, ou seja, da região onde há acúmulo de cargas negativas para a que tem acúmulo de cargas positivas.
 
Por convenção, toma-se o sentido da corrente elétrica como sendo contrário ao do movimento dos elétrons. Essa corrente constituída de cargas convencionais positivas se deslocando no sentido contrário do campo elétrico é denominada corrente convencional. Isso visa não só a facilitar certos cálculos em eletricidade, mas a tornar mais simples a compreensão de vários fenômenos elétricos e magnéticos
 
Pense e responda: Por que são os elétrons e não os prótons, que se movimentam através de um fio condutor?
 
Você deve ter respondido que os prótons não se movimentam através de um fio condutor porque são cargas que pertencem ao núcleo do átomo e o núcleo do átomo é fixo, enquanto alguns elétrons da última camada eletrônica se movimentam porque são livres.
 
Para quantificar o potencial e a diferença de potencial, no sistema SI, a unidade de medida é o joule/coulomb, denominada volt. Assim:
 
 
E isso significa que o campo elétrico transmite a cada carga de 1C uma energia de 1J.
 
Quando dizemos que nos terminais da bateria de um automóvel existe uma voltagem de 12V, significa que uma energia de 12J é transferida para cada 1C que se desloca de um polo para outro.
 
A diferença de potencial é mais comumente chamada de voltagem ou tensão. 
É muito comum alguém dizer que um fio é de alta-voltagem ou de alta-tensão, isso quer dizer que o campo elétrico realiza um grande trabalho sobre uma dada carga que se desloca entre dois pontos desse fio (a carga recebe, do campo, uma grande quantidade de energia em seu deslocamento).
 
Consideremos, agora, um fio condutor que é percorrido por uma corrente elétrica. Quanto maior o número de elétrons que passarem pela seção transversal de um fio na uma unidade de tempo, maior será a intensidade da corrente elétrica.
 
Designando a intensidade de corrente pela letra i, podemos expressar essa grandeza da seguinte forma:
 
 
Em que é a quantidade de carga que atravessa uma seção transversal do condutor num intervalo de tempo .
 
Sabendo-se que no SI a unidade de carga é o coulomb (1C) e a de tempo é o segundo (1S), a unidade de intensidade de corrente será dada por:
 
 
Que recebe o nome de ampère e é representada pela letra A:
 
 
Observação: É por isso que a intensidade de corrente é comumente chamada de amperagem.
 
EXEMPLO 1
 
 
Considere uma solução aquosa de ácido sulfúrico (H2SO4). Determine a intensidade de corrente elétrica no interior da solução supondo que 0,2.1019 íons sulfato (SO4-2) e 0,2.1019 íons hidroxônio (H3O+) se movimentem por segundo, conforme a figura.
 
Adote e = 1,6 . 10-19C.
 
RESOLUÇÃO
 
 
EXEMPLO 2
Uma corrente elétrica de 10A é mantida em um condutor metálico durante 2min. Qual é a carga elétrica que atravessa uma secção do condutor?
 
RESOLUÇÃO
 
 
Blindagem eletrostática
 
Consideremos uma seção de um condutor eletrizado. Sabemos que as cargas elétricas tendem a se localizar em sua superfície externa e isso faz com que todos os pontos do interior do condutor – quer na parte material, quer em sua cavidade (no caso de ele ser oco) – formem um campo elétrico nulo. Dessa maneira, uma cavidade no interior de um condutor é uma região que não será atingida por efeitos elétricos produzidos externamente.
 
É por isso que algumas válvulas e outras peças de um aparelho de TV, por exemplo, se apresentam envolvidas por capas metálicas, pois, dessa forma, estão blindadas eletrostaticamente por esses condutores.