Campo elétrico

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Um campo elétrico é o campo de força provocado por cargas eléctricas, (elétrons, prótons ou íons) ou por um sistema de cargas. Cargas elétricas num campo elétrico estão sujeitas a uma força elétrica.

A fórmula do campo eléctrico é dada pela relação entre a força elétrica F e a carga de prova q:

$\mathbf{E}=\frac{\mathbf{F}}{|q|}$

No SI,

$[E]=\frac{N}{C}\qquad(N/C)$

Vector campo eléctrico

Campo eléctrico gerado pela carga Q

O campo eléctrico é uma grandeza vetorial, portanto é representado por um vector. Para determinarmos a sua presença, colocamos uma carga de prova no meio. Se esta ficar sujeita a uma força, dizemos que a região em que a carga se encontra, está sujeita a um campo eléctrico. O vetor campo eléctrico tem sempre a mesma direção da força a que a carga está sujeita, e o sentido é o mesmo da força, se a carga de prova estiver carregada positivamente (Q > 0), ou contrária à força, se a carga for negativa (Q < 0). O módulo é calculado da seguinte forma:

$\mathbf{E}=\frac{\mathbf{F}}{q}$ onde $|\mathbf{F}|=\frac{K.|Q|.|q|}{d.d}$ (lei de Coulomb)

Substituindo $F \Rightarrow E=\frac{K.|Q|}{d^2}$ (K é a constante dieléctrica do meio)

Nota-se, por essa expressão, que o campo eléctrico gerado por uma carga é diretamente proporcional ao seu valor, e inversamente proporcional ao quadrado da distância.

Campo eléctrico devido a uma carga eléctrica

O campo eléctrico sempre "nasce" nas cargas positivas (vector) e "morre" nas cargas negativas. Isso explica o sentido do vector mencionado acima. Quando duas cargas positivas são colocadas próximas uma da outra, o campo eléctrico é de afastamento, gerando uma região no meio das duas cargas isenta de campo eléctrico. O mesmo ocorre para cargas negativas, com a diferença de o campo eléctrico ser de aproximação. Já quando são colocadas próximas uma carga positiva e uma negativa, o campo "nasce" na primeira, e "morre" na segunda.

Campo eléctrico uniforme

É definido com uma região em que todos os pontos possuem o mesmo vector campo eléctrico, em módulo, direcção e sentido. Sendo assim, as linhas de força são paralelas e equidistantes.

Para produzir um campo com essas características, basta utilizar duas placas planas e paralelas electrizadas com cargas de mesmo módulo e sinais opostos. Um capacitor pode ser citado como exemplo de criador de campo eléctrico uniforme.

Linhas de força

As cargas de prova positivas encontram-se em movimento dentro de um campo eléctrico. A partir da trajetória dessas cargas, traçam-se linhas que são denominadas linhas de força, que têm as seguintes propriedades:

1. Saem de cargas positivas e chegam nas cargas negativas;
2. As linhas são tangenciadas pelo campo eléctrico;
3. Duas linhas de força nunca se cruzam;
4. A intensidade do campo eléctrico é proporcional à concentração das linhas de força.

Campo eléctrico gerado por uma esfera condutora

Quando uma esfera está electrizada, as cargas em excesso repelem-se mutuamente e por isso migram para a superfície externa da esfera, atingindo o equilíbrio electrostático. Assim, o campo eléctrico dentro da esfera (em equilíbrio electrostático) é nulo, já que não há uma força que atraia uma carga para dentro do corpo.

1. $E_i=0\quad$
2. $E=\frac{k \cdot Q}{R^2}$ (superfície exterior próxima da esfera)
3. $E=\frac{k \cdot Q}{(R+d)^2}$ (distante da esfera), onde R é o raio da esfera.

Campo eléctrico gerado por várias cargas pontuais

É calculado através de uma soma vectorial, que ajudará a chegar ao campo resultante.

Para um sistema constituído de várias cargas eléctricas, todas elas interagem simultaneamente.

F²=(f1)²+ (f2)²+2×(f1)×(f2)×cosθ

Fenômenos

Os campos eléctricos são os lugares onde as forças electrostáticas podem-se evidenciar, seja por meio do deslocamento de um corpo carregado electricamente ou não, que vai ser atraído ou repelido (se as cargas coincidirem de polaridades) ou no vácuo onde a circulação de energia eléctrica se realiza por meios electrónicos diretos, nos tubos de vácuo (válvulas)ou nos tubos de imagens de monitor com canhão electrónico onde a imagem é desenhada por um fino feixe de electrões acelerados por milhares de volts, concentrados e deslocados em forma vertical e horizontal combinadamente; nos tubos fluorescentes em cujas paredes existem substâncias eletroluminescentes que podem servir de iluminação quando circular uma corrente eletrônica perto delas, nos fenómenos atmosféricos, onde raios e relâmpagos surgem depois de que ventos de diferentes sentidos se atritam na presença de nuvens que resultam carregadas pela electricidade estática.

História

Os estudos a respeito da electricidade estática, criadora dos campos eléctricos, remontam a Tales de Mileto. O filósofo e estudioso da natureza descreveu o fenómeno que consiste em uma barra de âmbar (seiva petrificada) que atrai pequenos objectos depois de esfregada com uma pele de coelho. No cotidiano, é o mesmo que esfregar uma caneta de plástico (material isolante) contra um pano ou o próprio cabelo. Em ambas as situações, o objecto fica electricamente carregado.

Ver também

• Lei de Coulomb
• Linhas de força
• Potencial elétrico