Campo Elétrico
Se você já se perguntou como a tela do seu celular sabe exatamente onde o seu dedo está tocando, ou como os ímanes conseguem se empurrar sem sequer se encostar, você está prestes a descobrir a resposta. Na Física, essa “mágica” invisível tem nome: Campo Elétrico.
Para você, esse conceito pode parecer um pouco abstrato no início, mas não se preocupe! Vamos então descomplicar tudo passo a passo para você dominar esse tema nas provas e entender como o universo funciona.
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O que é um Campo Elétrico?
Então, imagine uma aranha no centro da sua teia. A aranha em si não toca nos insetos que estão longe, mas se uma mosca cair na teia, a aranha vai saber e a mosca vai sentir a “força” da teia a prendendo.
Na Física, o campo elétrico funciona de forma muito parecida:
- A Aranha (Carga Geradora, Q): É a carga principal que cria o campo elétrico ao seu redor.
- A Teia (O Campo Elétrico, E): É a região de influência invisível ao redor dessa carga.
- A Mosca (Carga de Prova, q): É uma carga pequenininha que colocamos nessa região para ver o que acontece. Se ela entrar no campo, sentirá uma Força Elétrica (F).
Em resumo: o campo elétrico é a perturbação que uma carga elétrica cria no espaço ao seu redor.
Linhas de Força do Campo Elétrico
As cargas elétricas “conversam” entre si através do campo. Contudo, a direção para onde essa força aponta depende do sinal da carga que está gerando o campo:
- Cargas Positivas (+): São como pessoas super extrovertidas. O campo elétrico aponta para fora (vetor de afastamento).
- Cargas Negativas (-): São mais introvertidas. O campo elétrico aponta para dentro (vetor de aproximação).
Dica de Ouro: Lembra da regra “Os opostos se atraem”? Se você colocar uma carga de prova positiva próxima a uma carga geradora negativa, o campo vai puxá-la para dentro!
Figura 1: (A). O vetor campo elétrico de uma carga positiva é divergente (para fora). (B). O vetor campo eléctrico de uma carga negativa é convergente (para dentro).
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Fórmulas do Campo Elétrico
Não precisa ter medo das fórmulas! Elas são apenas um jeito rápido de escrever o que acabamos de conversar. Existem duas formas principais de calcular o campo elétrico:
1. Quando você conhece a Força e a Carga de Prova
Se você sabe a força que é a nossa “mosca” (carga de prova q) está sentindo, você usa esta fórmula:
Onde:
- E = Campo Elétrico (medido em Newtons por Coulomb ou N/C)
- F = Força Elétrica (medida em Newtons ou N)
- q = Carga de prova (medida em Coulombs ou C)
2. Quando você conhece a Carga Geradora e a Distância
Se você quer saber a força da “teia” a uma certa distância da aranha (carga geradora Q), a fórmula é:
Onde:
- k = Constante eletrostática do meio (no vácuo, vale aproximadamente 9∙109 Nm2/C2)
- Q = Carga geradora (C)
- d = Distância entre a carga e o ponto que você está medindo (metros)
Exercícios resolvidos sobre Campo Elétrico
A melhor forma de fixar o conhecimento é colocando a mão na massa. Tente resolver os exercícios abaixo antes de olhar as respostas!
Exercício 1: O Teste da Carga de Prova
Uma pequena carga de prova q = 2∙10-6 C é colocada em um ponto do espaço onde existe um campo elétrico. Ao ser colocada lá, ela passa a sentir uma força elétrica de 0,04 N. Qual é a intensidade do campo elétrico nesse ponto?
Resolução
Para este problema, vamos usar a primeira fórmula, pois temos a Força (F) e a Carga de Prova (q).
Resposta: A intensidade do campo elétrico é de 2∙104 N/C (ou 20.000 N/C).
Exercício 2: O Comportamento das Linhas
Imagine que você tem duas esferas carregadas, a Esfera A e a Esfera B. Você percebe que as linhas de força do campo elétrico estão saindo da Esfera A e entrando na Esfera B.
a) Qual é o sinal da carga da Esfera A?
b) Qual é o sinal da carga da Esfera B?
Resolução
Essa é uma questão teórica pura sobre linhas de força!
- a) Como as linhas estão saindo da Esfera A, ela é uma carga Positiva.
- b) Como as linhas estão entrando na Esfera B, ela é uma carga Negativa.
Exercício 3: A Teia Invisível na Prática
Imagine que uma pequena esfera metálica está parada e eletrizada com uma carga geradora positiva de Q = 4∙10-6 C. Sabendo que ela está no vácuo, e a intensidade do campo elétrico que ela cria a uma distância d dela é de 9∙103 N/C.
Resolução
Para resolver esse problema, repare que não temos a carga de prova, mas sabemos quem é a carga geradora, Q e a intensidade do campo elétrico gerado.
Comentário da resolução
No ponto (1), colocou-se a equação para esse exercício em questão. Portanto, como a ideia é para calcular a distância, então nos pontos (2), (3) e (4), fez-se um tratamento algébrico para determinar a equação para cálculo de d. Contudo, no ponto (5), fez-se as substituições de dados e simplificou-se as unidades, tendo sobrado apenas m2 no ponto (6). Ainda no ponto (6), nota-se que os números tem a mesma potência que é 10, daí fazendo uso das propriedades de potenciação, agruparam-se os expoentes. Do ponto (7) e (8), fez-se os cálculos matemáticos e encontrou-se o valor de d = 2 m.
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