Conceitos campo elétrico - CONCEITOS CAMPO ELÉTRICO.doc
Conceitos campo elétrico
carlos flores | comentários
Arquivado no curso de Engenharia Elétrica na UFSM
COL. TEC. INDUSTRIAL DE SANTA MARIA
PROFESSOR: ALYSSON
ALUNO: CARLOS EDUARDO MOREIRA FLORES
T: 311 NOTURNO
CONCEITO DE	CAMPO ELÉTRICO
1) O vetor campo elétrico
O campo elétrico pode ser representado, em cada ponto do espaço, por um vetor, usualmente simbolizado por e que se denomina vetor campo elétrico. A seguir, encontram-se as características deste vetor.
1.1) Módulo do vetor - O módulo do vetor , em um dado ponto, costuma ser denominado intensidade do campo elétrico naquele ponto. Para definir este módulo, consideremos a carga Q, mostrada na fig.02, criando um campo elétrico no espaço em torno dela. Colocando-se uma carga de prova q em um ponto qualquer, como o ponto P1 , por exemplo, uma força elétrica atuará sobre esta carga de prova. A intensidade do campo elétrico em P1 será, por definição, dada pela expressão
A expressão E = F/q nos permite determinar a intensidade do campo elétrico em qualquer outro ponto, tal como P2 , ou P3 etc. De maneira geral, o valor de E será diferente para cada um desses pontos, a não ser em casos especiais.Observe que, de E = F/q obtemos
isto é, se conhecermos a intensidade, E, do campo elétrico em um ponto, poderemos calcular, usando a expressão anterior, o módulo da força que atua em uma carga qualquer, q, colocada naquele ponto.
1.2) Direção e sentido do vetor - a direção e o sentido do vetor campo elétrico em um ponto são, por definição, dados pela direção e sentido da força que atua em uma carga de prova positiva colocada no ponto.
Por exemplo: consideremos o ponto P1 mostrado na fig.03. Se uma carga de prova positiva fosse colocada em P1 ela seria, evidentemente, repelida por Q com uma força horizontal para a direita. Portando, em virtude do exposto, o vetor campo elétrico 1 , naquele ponto, seria também horizontal e dirigido para a direita. De modo análogo, podemos concluir que em P2 temos uma vetor 2 dirigido verticalmente para cima; pois, se uma carga de prova positiva fosse colocada neste ponto, ela ficaria sob a ação de uma força com aquela direção e naquele sentido. Então, podemos verificar que, em P3 e P4 , os vetores 3 e 4 têm as direções e os sentidos indicados na fig.03.
Suponha, agora, que a carga que cria o campo seja negativa, como mostra a fig. 04. Neste caso, se colocasse - mos a carga de prova positiva em P1 , ela seria atraída por Q com uma força para a esquerda. Portanto, o vetor campo elétrico estaria agora dirigido para a esquerda (sempre no mesmo sentido da força que atua na carga de prova positiva). Seguindo esta orientação, podemos concluir que em P2 , P3 e P4 o vetor campo elétrico será representado pelos vetores 2 , 3 e 4 mostrados na fig. 04.
2) Movimento de cargas em um campo elétrico
Suponha que uma carga positiva q seja colocada no ponto P1 da fig.03, onde existe um campo elétrico 1 criado por Q. A carga q será repelida por Q com uma força dirigida para a direita e, consequentemente, ela tenderá a se deslocar no sentido desta força. Já que o vetor 1 tem o mesmo sentido desta força, concluímos que a carga positiva q tende a se deslocar no sentido do campo elétrico. Se esta mesma carga positiva q for colocada no ponto P1 da fig.04 (campo criado por carga negativa), ela será atraída pela carga Q e tenderá, também neste caso, a se deslocar no sentido do campo elétrico 1 . De maneira geral podemos verificar que, em qualquer ponto que a carga positiva q for abandonada, ela tenderá a se deslocar no sentido do vetor do campo elétrico existente naquele ponto.
Imagine, agora, que coloquemos no ponto P1 da fig.03 uma carga negativa q (lembremos que em P1, existe um campo elétrico 1 dirigido para a direita, produzido pela carga Q). Nestas condições, a carga q será atraída por Q e tenderá, então, a se deslocar em sentido contrário ao campo 1. Se deslocarmos a carga negativa q no ponto P1 da fig.04, ela será repelida pela carga negativa Q e, da mesma maneira, tenderá a se deslocar em sentido contrário ao do vetor 1.
No texto sobre a Lei de Coulomb, falamos sobre a força elétrica que age entre duas partículas eletrizadas através do campo elétrico. Neste texto vamos entender o conceito de campo elétrico.
Michael Faraday (1791 – 1867) foi o primeiro a propor o conceito de campo elétrico e também contribuído com outros trabalhos para o eletromagnetismo, posteriormente este conceito foi aprimorado com os trabalhos de James Clerk Maxwell, discípulo de Faraday.
O conceito de campo elétrico surgiu da necessidade de explicar a ação de forças à distância. Podemos dizer que o campo elétrico existe numa região do espaço quando, ao colocarmos uma carga elétrica (q) nessa região, tal carga é submetida a uma força elétrica F.
O campo elétrico pode ser entendido como sendo uma entidade física que transmite a todo o espaço a informação da existência de um corpo eletrizado (Q) e, ao colocarmos uma outra carga (q) nesta região, será constatada a existência de uma força F de origem elétrica agindo nesta carga (q).
É importante neste momento, fazer uma analogia entre o campo elétrico e o campo gravitacional de um planeta. Ao redor de um planeta, existe um campo gravitacional devido a sua massa, análogo ao campo elétrico que existe em torno de uma esfera eletrizada. Percebemos então, uma analogia entre as grandezas físicas de massa e carga elétrica, como sendo responsáveis por gerar os campos gravitacional e elétrico respectivamente.
Para definir, matematicamente, o campo elétrico é necessário definirmos uma grandeza física que o represente. Esta grandeza é o vetor campo elétrico. Considerando a definição utilizada anteriormente, o vetor campo elétrico é dado por:
E = F/q (lembrando que E e F são vetores)
A força F, à qual a carga q fica submetida será atrativa ou repulsiva, dependendo do sinal de q.
A direção do vetor campo elétrico terá a mesma direção da reta que une o ponto considerado e a carga de geradora (Q). Já o sentido do vetor campo elétrico, depende do sinal da carga geradora (Q):
O campo elétrico gerado por uma carga elétrica (Q) positiva é de afastamento e, o campo elétrico gerado por uma carga elétrica (Q) negativa é de aproximação. O sentido do campo elétrico independe do sinal da carga (q) que sofre a ação da força F.
CONCEITO DE POTENCIAL ELÉTRICO
Potencial elétrico é a capacidade que um corpo energizado tem de realizar trabalho, ou seja, atrair ou repelir outras cargas elétricas. Com relação a um campo elétrico interessa-nos a capacidade de realizar trabalho, associada ao campo em si, independentemente do valor da carga q colocada num ponto desse campo. Para medir essa capacidade, utiliza-se a grandeza potencial elétrico. Para obter o potencial elétrico de um ponto, coloca-se nele uma carga de prova q e mede-se a energia potencial adquirida por ela. Essa energia potencial é proporcional ao valor de q. Portanto, o quociente entre a energia potencial e a carga é constante. Esse quociente chama-se potencial elétrico do ponto. Ele pode ser calculado pela expressão:
é o potencial elétrico,
a energia potencial e
A unidade no S.I. é J/C = V (volt)
Portanto, quando se fala que o potencial elétrico de um ponto L é VL = 10 V, entende-se que este ponto consegue dotar de 10J de energia cada unidade de carga de 1C. Se a carga elétrica for 3C por exemplo, ela será dotada de uma energia de 30J, obedecendo à proporção. Vale lembrar que é preciso adotar um referencial para tal potencial elétrico. Ele é uma região que se encontra muito distante da carga, localizado no infinito.
Se Wo = KQq 1/do é a expressão da energia potencial de uma carga – q colocada, a uma distâqncia do da carga –Q, pondo – se – q = 1, a energia potencial referida à unidade de massa, repredsentadoo o potencial eletrico do campo neste ponto, será expressa por:
V = K Q/do
por consequência, a energia potencial de uma massa – q colocada neste ponto, será:
Define-se, portanto potencial eletrico num ponto genérico de um campo eletrico qualquer, a energia potencial da unidade de massa colocada neste ponto, isto é, o trabalho em valor e sinal que as forças eletricas do campo tem de produzir para afastar a unidade de amssa segundo um caminho qualquer do ponto considerado até aos extremos limites do campo ou à terra(porque esta possui potencial zero).
A relação W=Vq, que foi definida como a energia potencial da massa – q, colocada no ponto com potencial V, fornece V=W/q, que permite definir o potencial elétrico em base das unidades conhecidas de trabalho e massa elétrica. Pondo, de, fato nesta relação W = 1 e q = 1, deve – se atribuir a unidade de massa inicialmente posta neste ponto faça a unidade de trabalho para afastar – se até os limites do -campo, ou até à terra.
Potencial elétrico é a capacidade que um corpo energizado tem de realizar trabalho, ou seja, atrair ou repelir outras cargas elétricas. A diferença de potencial gera energia elétrica porque é justamente ela que permite a passagem de elétrons de um corpo a outro. Se ambos os corpos tiverem o mesmo potencial elétrico, não haverá corrida de elétrons entre eles e consequentemente não haverá corrente elétrica.