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Eletrostática
Professor Sandro Dias Martins
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Um corpo de massa m, quando nas proximidades da Terra, é atraído
devido à região de perturbação que a Terra cria ao redor de si, denominada
campo gravitacional.
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Assim como a Terra, as cargas elétricas também criam ao seu redor
uma região de perturbação eletrostática, denominada campo
elétrico.
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Dada uma carga elétrica Q fixa, nota-se, quando dela se aproxima uma carga de prova q, o surgimento de uma força de interação elétrica. Essa força ocorre, porque q está na região de campo elétrico criado pela carga elétrica fixa e puntiforme Q.
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O campo elétrico criado por uma carga elétrica puntiforme e fixa é a força elétrica por unidade de carga
de prova.
Q - carga que origina o campo elétrico; q - carga de prova (serve para testar o
campo elétrico).
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Para se determinar o vetor campo elétrico (E):
Intensidade:
Direção: mesma de F (reta que une as cargas)
Sentido: se q > O, é o mesmo da força (F); se q < O, é contrário ao da força(F).
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Unidades (SI)
Outra unidade para o campo elétrico no SI é o volt por metro (V/m).
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É possível determinar o campo elétrico num ponto do espaço, mesmo sem conhecer ou existir a carga de prova q.
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Para se determinar o campo elétrico em função da carga que o origina:
Intensidade:
Direção: da reta que une a carga ao ponto onde se quer calcular o campo.
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Sentido: se Q > O, o campo é de afastamento da
carga (veja o quadro de força e campo);
se Q < O, o campo elétrico é de aproximação da carga (veja o quadro de força e campo).
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O campo elétrico não depende da carga de prova q.
O campo elétrico depende da carga que origina Q, da distância d do meio K.
A relação pode ser aplicada em qualquer região de campo elétrico.
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A relação só pode ser aplicada para carga elétrica fixa e puntiforme.
Para que haja campo elétrico, é necessária a presença de uma única carga elétrica, fixa, independentemente de existir ou não carga elétrica de prova.
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Vimos até agora que o campo elétrico é uma região de perturbação eletrostática, criada por uma carga elétrica Q, puntiforme e fixa.
Numa distribuição de cargas elétricas, o campo elétrico resultante num ponto será a soma vetorial dos campos individualmente criados pelas cargas do sistema nesse referido ponto.
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Dado o sistema de cargas elétricas:
O campo elétrico resultante será:
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Para duas cargas elétricas temos:
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Para calcular o campo elétrico resultante, valem todos os casos particulares estudados para adição de vetores:
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As linhas de força são linhas imaginárias que construímos ao redor
de uma carga elétrica ou de uma distribuição de cargas, e servem para mostrar o comportamento do campo elétrico numa certa região do espaço.
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A intensidade do campo elétrico é proporcional à densidade de linhas, ou seja, quanto mais próximas as linhas se encontram, mais intenso é o campo.
A direção do campo elétrico é tangente às linhas de força e o seu sentido é o mesmo das linhas.
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E1 > E2 , porque a densidade de linhas em P1 é maior do que em P2.
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As linhas de força não se cruzam em nenhum ponto.
Quanto maior o número de linhas que chegam a uma carga elétrica ou dela saem, tanto maior será o módulo dessa carga.
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Numa determinada região do espaço encontram-se duas cargas elétricas, Q e q. Sejam:
Q - carga elétrica puntiforme e fixa;
q - carga elétrica de prova, abandonada na região de campo elétrico da carga Q.
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A carga elétrica q, por estar numa região de campo elétrico, recebe a ação de uma
força elétrica.
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A carga q só consegue realiza esse movimento devido à energia potencial elétrica que possui armazenada na região de campo elétrico criado pela carga Q. Essa energia e dada por:
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O potencial elétrico é uma grandeza escalar que mede a energia potencial elétrica existente num sistema, por
unidade de carga de prova.
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O potencial elétrico de referência é o potencial da Terra convencionado como sendo zero:
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A diferença de potencial (ddp) entre dois pontos, A e B, de potenciais elétricos, respectivamente, VA e VB , é dada por:
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Numa distribuição de cargas elétricas, o potencial é dado pela soma dos potenciais de cada carga.
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As linhas de força criadas por cargas elétricas puntiformes e isoladas uma das outras são radiais; de afastamento (se forem cargas positivas) e aproximação (para cargas negativas).
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Agora, as linhas de força determinam um campo elétrico uniforme quando elas forem paralelas e igualmente espaçadas.
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Obtém-se um campo elétrico uniforme entre duas placas planas, paralelas e carregadas com cargas elétricas de mesmo módulo, porém de sinais contrários. As linhas de força, nesta região, são todas paralelas e igualmente espaçados.
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Vamos considerar apenas a força elétrica atuando na carga.
A carga q recebe a ação de uma força elétrica na mesma direção e no mesmo sentido das linhas de força.
O movimento de carga será:
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(Vo = O) - a partícula inicia um movimento uniformemente acelerado a favor das linhas de força.
(Vo ≠ O) - e no mesmo sentido das linhas - a partícula descreve um movimento uniformemente acelerado.
(Vo ≠ O) - e no sentido contrário ao das linhas - a partícula descreve um movimento uniformemente retardado.
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A carga q recebe a ação de uma força elétrica na mesma direção e em sentido contrário ao das linhas de força. O movimento da carga será:
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(Vo = O) - a partícula inicia um movimento uniformemente acelerado no sentido contrário ao das linhas de força.
(Vo ≠ O) - e no mesmo sentido das linhas - a partícula descreve um movimento uniformemente retardado.
(Vo ≠ O) - e no sentido contrário ao das linhas - a partícula descreve um movimento uniformemente acelerado.
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Se o lançamento for perpendicular às linhas de força, temos:
A trajetória descrita pela carga elétrica é parabólica