FORÇA ELETRICA E CAMPO ELETRICO

FORÇAS ENTRE CARGAS

Define-se carga elétrica puntiforme como sendo um corpo eletrizado cujas dimensões são desprezíveis se comparadas às distâncias que o separam de outros corpos eletrizados. O conceito é semelhante à ideia de um ponto material, apresentada na cinemática.
Consideremos duas cargas elétricas puntiformes q1e q2, separadas por uma distância d, conforme indica a figura:

Sabemos que se as cargas, sendo de mesmo sinal, sofrerão uma repulsão.

Sabemos que se as cargas, sendo de sinais contrários, sofrerão uma atração.

Charles Augustin de Coulomb formulou em 1785, após análises experimentais, a lei que rege essas interações e que levaria seu nome – a Lei de Coulomb:

“A força de ação mútua entre dois corpos carregados tem a direção da linha que une os corpos e sua intensidade é diretamente proporcional ao produto das cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância que as separa.”

Assim podemos escrever:

|F→|=k|q1|⋅|q2|d2|F→|=k|q1|⋅|q2|d2

onde k é uma constante de proporcionalidade, dependente do meio,chamada constante eletrostática. A constante k, no vácuo, tem o seguinte valor, medido em unidades do SI (Sistema Internacional):

K0=9,0⋅109N⋅m2/C2K0=9,0⋅109N⋅m2/C2

PRINCÍPIO DA SUPERPOSIÇÃO

A força com a qual duas cargas interagem não é modificada pela presença de uma terceira. Em outras palavras, se uma carga está em presença de outras cargas elétricas, a força resultante sobre ela é a soma vetorial das forças exercidas por cada uma das cargas em separado.

CAMPO ELÉTRICO

Campo Elétrico é um campo vetorial gerado por uma carga elétrica ou uma distribuição de cargas. Considere uma carga Q fixa em uma determinada posição. Já sabemos que se uma carga q for colocada em um ponto P1, a uma distância de Q, aparecerá uma força elétrica "F" atuando sobre q. Essa força é uma força de ação à distância, ou seja, não existe um objeto ou meio entre os dois corpos responsável pela força 

Outra forma de interpretarmos o fenômeno é a seguinte: ao colocarmos a carga Q (chamada de carga fonte) em um ponto do espaço, esta altera as propriedades do espaço a sua volta. Essa propriedade, que será representada por um vetor para cada ponto do espaço, é camada de Campo Elétrico (E). Desta forma, a carga Q cria um campo elétrico em sua vizinhança e este campo elétrico passa a ser o responsável pelo aparecimento da força elétrica sobre a carga q. Logo, a força elétrica que atua sobre q é devida à ação do campo elétrico, e não mais à ação direta de Q sobre q.

Vetor campo elétricoPor ser o Campo Elétrico um campo vetorial, temos associado a cada ponto do espaço um vetor Campo Elétrico, cuja definição é a seguinte:

E→=F→qE→=F→q

É fácil perceber que a unidade para a medida de E será, no SI, o N/C. Pela definição, percebemos também que os vetores F e E possuem a mesma direção. O sentido será determinado pelo sinal da carga de prova: se a carga de prova for positiva (+), F e E terão o mesmo sentido, mas se a carga de prova for negativa (-), F e E terão sentidos contrários.

É importante saber que o vetor campo elétrico num ponto NÃO depende do valor da carga de prova q. Se tomarmos diferentes cargas, verificamos a ação de diferentes forças, porém a relação entre a força e a carga permanece a mesma para cada ponto.

Campo elétrico de uma carga puntiforme fixa
De acordo com a definição de campo elétrico, podemos analisar o campo elétrico gerado por uma carga puntiforme. Sua direção será radial, ou seja, como se a carga estivesse localizada no centro de um círculo de raio “d”. Seu sentido é apontando para fora das cargas positivas e para dentro das cargas negativas. Seu módulo pode ser calculado utilizando-se a Lei de Coulomb:

|E→|=kQd2|E→|=kQd2

LINHAS DE FORÇA

A cada ponto de um campo elétrico associa-se um vetor E. A representação gráfica de um campo elétrico consiste em utilizar as linhas de forças. Linhas de forças são linhas tangentes ao vetor campo elétrico em cada um de seus pontos, orientadas no sentido do vetor campo, com a propriedade de, onde houver maior densidade de linhas, o campo será mais intenso.

O desenho das linhas de força numa certa região nos dá ideia de como varia, aproximadamente, a direção e o sentido do vetor E na região considerada. As figuras a seguir mostram linhas de força de alguns campos elétricos particulares:

CAMPO ELÉTRICO UNIFORME

É o campo elétrico onde o vetor E é o mesmo em todos os pontos. Assim, em cada ponto do campo, o vetor E tem a mesma intensidade, a mesma direção e o mesmo sentido. As linhas de força de um campo elétrico uniforme são retas paralelas igualmente espaçadas e todas com o mesmo sentido.

Condutor eletrizado
Em um condutor eletrizado, os portadores de carga elétrica livres se concentram em sua superfície externa, graças à repulsão que sofrem entre si. Desta forma, não há cargas elétricas em excesso no interior do condutor, fazendo com que o Campo Elétrico seja sempre nulo no interior do condutor. Isso faz com que uma pessoa dentro de uma estrutura metálica não seja afetada se uma descarga elétrica atinge a estrutura, como um avião, por exemplo. Esse efeito é chamado de blindagem eletrostática ou Gaiola de Faraday.