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DISCIPLINA ELETROMAGNETISMO MODULO-3- CAMPO ELÉTRICO Professor José Eustáquio do Amaral Pereira 1 Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira O CAMPO ELÉTRICO Conceito de Carga de Prova: Muitas vezes é conveniente fazer o uso de uma carga elétrica fictícia chamada carga de prova ou de teste. Esta carga é semelhante a uma carga real, exceto em um aspecto: por definição, ela não exerce força em outras cargas; portanto, não perturba as cargas das vizinhanças. Em situações práticas, uma carga de prova pode ser aproximada por uma carga de intensidade desprezível. Campo Elétrico: Dizemos que existe um campo elétrico em um ponto qualquer do espaço quando uma carga de prova, se colocada no ponto, sofre a ação de uma força elétrica. O sentido do campo elétrico naquele ponto é o mesmo da força que age sobre uma carga de prova positiva colocada no ponto. 2 Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira Linhas de Campo: As Linhas de campo elétrico podem ser usadas para esboçar os campos elétricos. Em cada ponto a linha de campo tem a mesma direção e sentido do campo elétrico naquele ponto. Onde as linhas são mais densas o campo elétrico é mais intenso. As linhas de campo saem das cargas positivas e chegam às cargas negativas. Veja figuras: Linhas de Campo 3 Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira LINHAS DE FORÇA 4 Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira Acima, temos exemplo de linhas de força para duas cargas puntiformes positivas e de valores idênticos. No exemplo, ambas são positivas. Caso fossem negativas, mudaria apenas o sentido da orientação das linhas de força, sendo conservados os demais aspectos. Acima, temos exemplo de linhas de força para duas cargas puntiformes: uma positiva e outra negativa de valores idênticos. LINHAS DE FORÇA 5 Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira Linha de força de um campo elétrico é uma linha que tangencia, em cada ponto, o vetor campo elétrico resultante, associado ao ponto considerado. Quanto maior a distância até a carga, mais afastadas, entre si, estão as linhas, em conformidade com o que já foi visto, isto é, o valor do campo diminui com a distância. Por convenção, as linhas de força são orientadas no sentido do vetor campo. As linhas de força são sempre perpendiculares à superfície dos corpos carregados. A concentração de linhas de força é diretamente proporcional à intensidade do campo elétrico. Características das Linhas de Força 6 Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira Trajetória de Partículas Cargas positivas movimentam-se espontaneamente a favor do campo Cargas negativas movimentam-se espontaneamente contra o campo 7 Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira Outras linhas de Campo Elétrico são mostradas abaixo: Linhas de campo próximas a duas cargas positivas. Linhas de campo próximas de uma superfície plana: 8 Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira A princípio vimos que corpos eletrizados ficam sujeitos a forças de atração ou de repulsão, dependendo dos tipos de cargas que possuem. Um corpo eletrizado é capaz de repelir e de ser repelido por outro corpo, também eletrizado, sem que haja contato entre eles. Isso ocorre porque um corpo eletrizado gera um campo elétrico ao seu redor. Introdução 9 Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira O Conceito de Campo Elétrico Existe um campo elétrico em uma região do espaço quando uma carga colocada em qualquer ponto dessa região fica sujeita a uma força elétrica, de atração ou de repulsão. 10 Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira CAMPO ELÉTRICO É uma propriedade física estabelecida em todos os pontos do espaço que estão sob a influência de uma carga elétrica (carga fonte), tal que uma outra carga (carga de prova), ao ser colocada num desses pontos, fica sujeita a uma força de atração ou de repulsão, exercida pela carga fonte. 11 Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira FÍSICA, 3ª Série Campo ElétricoCampo Elétrico 12 Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira VETOR CAMPO ELÉTRICO Unidade de E do SI: N/C 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. q F E | E | = F q | 13 Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira CAMPO ELÉTRICO DE UMA CARGA PUNTIFORME FIXA Sendo q > 0, F e E têm o mesmo sentido; sendo q < 0, F e E têm sentidos contrários. F e E têm sempre a mesma direção. CONCLUSÕES Carga fonte positiva (Q > O) gera campo elétrico de afastamento. Carga fonte negativa (Q < O) gera campo elétrico de aproximação. Uma partícula eletrizada (Q) gera campo elétrico na região do espaço que a circunda, porém, no ponto onde foi colocada, o vetor campo, devido à própria partícula, é nulo. 14 Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira Fd + E Q q E F = E.q + Relação entre Força e Campo 2 ||. d Qk E 2d qQK F 15 Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira Análise da expressão: 20 d Q KE • Fixando a distância d, o módulo do campo elétrico é diretamente proporcional ao valor da carga Q, geradora do campo; • Fixando o valor da carga Q, geradora do campo, o módulo do campo elétrico é inversamente proporcional ao quadrado da distância d; • A intensidade do campo elétrico só depende do valor da carga geradora e, portanto, é independente da carga de prova que sofre a ação do campo. 16 Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira Considere um conjunto de cargas puntiformes como o mostrado na figura O vetor intensidade de campo elétrico no ponto P produzido pelo conjunto de cargas é igual à soma dos vetores intensidade de campo produzidos no ponto P pelas cargas pontuais, individualmente, como mostra a figura. 321 EEEER 17 Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira CAMPO ELÉTRICO UNIFORME Um campo elétrico denomina-se uniforme em uma região do espaço se o vetor campo elétrico é o mesmo em todos os pontos da região (mesma direção, mesmo sentido e mesma intensidade). Nele, as linhas de força são retas paralelas igualmente orientadas e espaçadas. Pode-se demonstrar que o campo entre duas placas planas, paralelas e de espessura desprezível é uniforme. 18 Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira + + + + + + + + E E E E A B C D x x x x potencial positivo potencial negativo Campo Elétrico Uniforme O módulo do C.E.U. é sempre constante ! 19 Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira + + + + + + - - - - - - Movimento de cargas no Campo Elétrico Uniforme Campo Elétrico Uniforme F - A B - - - - - - 20 Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira + + + + + + - - - - - - + F A B - - - - - - Campo Elétrico Uniforme Movimento de cargas no Campo Elétrico Uniforme 21 Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira O VETOR CAMPO ELÉTRICO O campo elétrico em um ponto tem a direção da força que atua sobre uma carga de prova colocada no ponto. O vetor campo elétrico tem, no ponto, o mesmo sentido da força que atua sobre uma carga de prova positiva e sentido contrário ao da força que atua sobre uma carga de prova negativa. 22 Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira CAMPO ELÉTRICO DE UMA CARGA PUNTIFORME FIXA Q _ Carga fonte q _ Carga de prova colocada em um ponto P no campo gerado por Q. d _ distância do ponto P à carga fonte Q O módulo do campo elétrico em um ponto P, no qual uma carga q fica sob ação de uma força de módulo F, é obtido a partir da relação: 2 2 . d Q K q d qQ K q F E 2d Q KE 23 Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira O VETOR CAMPO ELÉTRICO 24 Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira É importante salientar que a existência do campo elétrico em um ponto não depende da presença da carga de prova naquele ponto. Assim, existe um campo elétrico em cada um dos pontos, embora não haja carga de prova em nenhum deles. A outra unidade de intensidade de campo elétrico, no Sistema Internacional de Unidades (SI), é o volt por metro ( V/m ). A intensidade, direção e sentido dependem do ponto do campo, da carga do corpo que produz o campo e do meio que o envolve. O gráfico representa a intensidade do vetor E, criado por uma partícula eletrizada com carga Q em função da distância d. Vejamos algumas observações importantes 25 Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira CAMPO ELÉTRICO DE VÁRIAS CARGAS PUNTIFORMES As cargas Q1, Q2 e Q3 originam, separadamente, os vetores campo elétrico E1, E2 e E3. O vetor campo elétrico resultante E é a soma vetorial dos vetores campos E1, E2 e E3 que as cargas originam separadamente no ponto P. 26 Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira EXERCICIOS 27 Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira RESPOSTA 28 Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira EXERCICIOS 29 Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira RESPOSTA 30 Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira EXERCICIO 31 Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira RESPOSTA 32 Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira EXERCICIOS 33 Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira RESPOSTAS 34 Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira EXERCICIOS Uma carga de 2 C, está situada num ponto P, e nela atua uma força de 4N. Se esta carga de 2 C for substituída por uma de 3 C, qual será a intensidade da força sobre essa carga quando ela for colocada no ponto P? 35 Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira RESPOSTA 36 Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira EXERCICIOS Determine as características de um campo elétrico, cuja carga de prova é igual a -6 μC, sujeita a uma força cuja intensidade é de 12N. 37 Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira RESPOSTA 38 Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira EXERCICIOS 39 Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira RESPOSTA 40 Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira EXERCICIOS O campo elétrico criado por uma carga pontual, no vácuo, tem intensidade igual a 9.10-1 N/C. Calcule a que distância d se refere o valor desse campo. (dados: Q = -4 pC e ko = 9.109 unidades SI). 41 Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira RESPOSTA 42 Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira EXERCICIOS Seja Q (positiva) a carga gerada do campo elétrico e q a carga de prova em um ponto P, próximo de Q. Podemos afirmar que: a) o vetor campo elétrico em P dependerá do sinal de q. b) o módulo do vetor campo elétrico em P será tanto maior quanto maior for a carga q. c) o vetor campo elétrico será constante, qualquer que seja o valor de q. d) a força elétrica em P será constante, qualquer que seja o valor de q. e) o vetor campo elétrico em P é independente da carga de prova q. 43 Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira RESPOSTA e) o vetor campo elétrico em P é independente da carga de prova q. O campo elétrico num ponto depende apenas da carga elétrica que o gera. 44 Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira EXERCICIOS 45 Dúvidas 46 FIM OBRIGADO 47
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