Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Física Ensino Médio, 3ª Série Campo Elétrico

Ciências da Natureza e suas
Tecnologias - Física
Ensino Médio, 3ª Série
Campo Elétrico
CENTRO EDUCA MAIS
NASCIMENTO DE
MORAES

FÍSICA, 3ª Série
Campo Elétrico

FÍSICA, 3ª Série
Campo Elétrico
Campo Elétrico
Imagem:
SEE-PE,
redesenhado
a
partir
de
imagem
de
Autor
Desconhecido.
FÍSICA, 3ª Série
Campo Elétrico

CAMPO ELÉTRICO
É uma propriedade física estabelecida em todos os pontos do espaço
que estão sob a influência de uma carga elétrica (carga fonte), tal que
uma outra carga (carga de prova), ao ser colocada num desses pontos,
fica sujeita a uma força de atração ou de repulsão, exercida pela
carga fonte.
Imagem:
SEE-PE,
redesenhado
a
partir
de
imagem
de
Autor
Desconhecido.
CAMPO ELÉTRICO

VETOR CAMPO ELÉTRICO
Unidade de E do SI: N/C
Quando uma carga de prova q é colocada em um ponto do espaço e
sofre a ação de uma força F, dizemos, que, por definição, a razão
entre F e q é igual ao módulo do campo elétrico E naquele ponto.
q
F
E



| E | =
F
q
|
Imagem:
SEE-PE,
redesenhado
a
partir
de
imagem
de
Autor
Desconhecido.
VETOR CAMPO ELÉTRICO

CAMPO ELÉTRICO DE UMA CARGA
PUNTIFORME FIXA
Sendo q > 0, F e E têm o mesmo sentido; sendo q < 0, F e E têm sentidos
contrários. F e E têm sempre a mesma direção.
CONCLUSÕES
 Carga fonte positiva (Q > O) gera
campo elétrico de afastamento.
 Carga fonte negativa (Q < O)
gera campo elétrico de
aproximação.
 Uma partícula eletrizada (Q)
gera campo elétrico na região do
espaço que a circunda, porém, no
ponto onde foi colocada, o vetor
campo, devido à própria partícula,
é nulo.
Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido.
PUNTIFORME FIXA

Q _ Carga fonte
q _ Carga de prova colocada em um
ponto P no campo gerado por Q.
d _ distância do ponto P à carga
fonte Q
O módulo do campo elétrico em um ponto P, no qual uma carga q fica sob
ação de uma força de módulo F, é obtido a partir da relação:
2
2
.
d
Q
K
q
d
q
Q
K
q
F
E 


2
d
Q
K
E 
PUNTIFORME FIXA
PUNTIFORME FIXA

 É importante salientar que a existência do campo elétrico em um ponto não
depende da presença da carga de prova naquele ponto. Assim, existe um campo
elétrico em cada um dos pontos, embora não haja carga de prova em nenhum
deles.
 A outra unidade de intensidade de campo elétrico, no Sistema Internacional de
Unidades (SI), é o volt por metro ( V/m ).
 A intensidade, direção e sentido dependem do ponto do campo, da carga do
corpo que produz o campo e do meio que o envolve.
O gráfico representa a intensidade
do vetor E, criado por uma partícula
eletrizada com carga Q em função da
distância d.
Vejamos algumas observações
importantes
Imagem:
SEE-PE,
redesenhado
a
partir
de
imagem
de
Autor
Desconhecido.
Vejamos algumas observações
importantes

CAMPO ELÉTRICO DE VÁRIAS
CARGAS PUNTIFORMES
 As cargas Q1, Q2 e
Q3 originam,
separadamente, os
vetores campo
elétrico E1, E2 e E3.
 O vetor campo
elétrico resultante E
é a soma vetorial
dos vetores campos
E1, E2 e E3 que as
cargas originam
separadamente no
ponto P.
CAMPO ELÉTRICO DE VÁRIAS
CARGAS PUNTIFORMES

Padrões de campos elétricos
podem ser visualizados pelo
alinhamento de partículas de
fubá que se encontram
misturadas em uma camada
de 4 mm (aproximadamente)
de óleo de rícino. Os campos
elétricos são criados
por sondas metálicas
eletrizadas (por uma Máquina
Wimshurst ou fonte de alta
tensão) imersas na mistura
óleo-fubá.
LINHAS DE FORÇA

Na figura têm-se duas sondas
em formato de discos
eletrizados com cargas
opostas. As partículas de fubá
são polarizadas pela ação do
campo elétrico e se alinham na
mesma direção da força do
campo elétrico em cada ponto.
A sucessão destas partículas
polarizadas expressam o
padrão das linhas de força do
campo elétrico.

O conceito de linhas de força foi introduzido pelo físico inglês M. Faraday, no século
XIX, com a finalidade de representar o campo elétrico através de diagramas.
Imagem:
SEE-PE,
redesenhado
a
partir
de
imagem
de
Autor
Desconhecido.
LINHAS DE FORÇA
(B)

Imagem:
SEE-PE,
redesenhado
a
partir
de
imagem
de
Autor
Desconhecido.
LINHAS DE FORÇA
(B)

Acima, temos exemplo de
linhas de força para duas
cargas puntiformes positivas
e de valores idênticos. No
exemplo, ambas são
positivas. Caso fossem
negativas, mudaria apenas o
sentido da orientação das
linhas de força, sendo
conservados os demais
aspectos.
Acima, temos exemplo de linhas de
força para duas cargas puntiformes:
uma positiva e outra negativa de
valores idênticos.
Imagens:
SEE-PE,
redesenhado
a
partir
de
imagem
de
Autor
Desconhecido.
LINHAS DE FORÇA
E

 Linha de força de um campo elétrico é uma linha que tangencia, em cada ponto, o
vetor campo elétrico resultante, associado ao ponto considerado.
 Quanto maior a distância até a carga, mais afastadas, entre si, estão as linhas, em
conformidade com o que já foi visto, isto é, o valor do campo diminui com a distância.
 Por convenção, as linhas de força são orientadas no sentido do vetor campo.
As linhas de força são sempre perpendiculares à superfície dos corpos carregados.
A concentração de linhas de força é diretamente proporcional à intensidade do
campo elétrico.
Imagens:
SEE-PE,
redesenhado
a
partir
de
imagem
de
Autor
Desconhecido.
Características das Linhas de Força

Cargas positivas
movimentam-se
espontaneamente
a favor do campo
Cargas negativas
movimentam-se
espontaneamente
contra o campo
Imagem:
SEE-PE,
redesenhado
a
partir
de
imagem
de
Autor
Desconhecido.
Trajetória de Partículas

Um campo elétrico denomina-se uniforme em uma região do espaço se
o vetor campo elétrico é o mesmo em todos os pontos da região
(mesma direção, mesmo sentido e mesma intensidade). Nele, as linhas
de força são retas paralelas igualmente orientadas e espaçadas.
Pode-se demonstrar que o campo entre
duas placas planas, paralelas e de
espessura desprezível é uniforme.
CAMPO ELÉTRICO UNIFORME

Imagem:
SEE-PE,
redesenhado
a
partir
de
imagem
de
Autor
Desconhecido.
Trajetória de Partículas

Experiências realizadas com naves e
balões mostram que as nuvens de
tempestades (responsáveis pelos raios)
apresentam, geralmente, cargas elétricas
positivas na parte superior e negativas,
na inferior.
As cargas positivas estão entre 6 e 7 km de
altura, enquanto que as negativas, entre 3 e 4
km.
Para que uma descarga elétrica (raio) tenha
início, não há necessidade de que o campo
elétrico atinja a rigidez dielétrica do ar (3
MV/m), mas se aproxime dela (10 kV/m são
suficientes).
0 fenômeno inicia-se com uma primeira etapa:
uma descarga piloto, de pouca luminosidade, na
forma de árvore invertida, da nuvem para a
Terra . Ela vai ionizando o ar.
Uma vez que a descarga piloto atinja o solo,
tem início uma segunda etapa: a descarga
principal. Ela é de grande luminosidade,
dirigida da Terra para a nuvem, tem
velocidade da ordem de 30 000 km/s.
Imagem:
SEE-PE,
redesenhado
a
partir
de
imagem
de
Autor
Desconhecido.
A FORMAÇÃO DOS RAIOS

0 efeito luminoso
do raio é
denominado
relâmpago e o
efeito sonoro, que
resulta do forte
aquecimento do
ar originando sua
rápida expansão,
é denominado
trovão. Há raios
não só entre uma
nuvem e a Terra,
mas entre nuvens
e entre as partes
de uma mesma
nuvem.
Imagem:
SEE-PE,
redesenhado
a
partir
de
imagem
de
Autor
Desconhecido.

O trovão é uma onda sonora, provocada pelo
aquecimento do canal principal durante a
subida da Descarga de Retorno. Ele atinge
temperaturas entre 20 e 30 mil graus Celsius
em apenas 10 microssegundos (0,00001
segundos). O ar aquecido se expande e gera
duas ondas: a primeira é uma violenta onda de
choque supersônica, com velocidade várias
vezes maior que a velocidade do som no ar e
que, nas proximidades do local da queda, é um
som inaudível para o ouvido humano; a
segunda é uma onda sonora de grande
intensidade a distâncias maiores. Esta constitui
o trovão audível.

 Lenda: Se não está chovendo, não caem raios.
 Verdade: Os raios podem chegar ao solo a até 15 km de distância do local da
chuva.
 Lenda: Sapatos com sola de borracha ou os pneus do automóvel evitam que
uma pessoa seja atingida por um raio.
 Verdade: Solas de borracha ou pneus não protegem contra os raios. No
entanto, a carroceria metálica do carro dá uma boa proteção a quem está
em seu interior, sem tocar em partes metálicas. Mesmo que um raio atinja o
carro, é sempre mais seguro dentro do que fora dele.
 Lenda: As pessoas ficam carregadas de eletricidade quando são atingidas
por um raio e não devem ser tocadas.
 Verdade: As vítimas de raios não "dão choque" e precisam de urgente
socorro médico, especialmente, reanimação cardiorrespiratória.
 Lenda: Um raio nunca cai duas vezes no mesmo lugar.
 Verdade: Não importa qual seja o local, ele pode ser atingido, repetidas
vezes, durante uma tempestade. Isso acontece até com pessoas.
LENDAS E VERDADES

 0 objetivo principal de um para-raios é proteger uma certa região ou
edifício ou residência, ou semelhante, da ação danosa de um raio. Estabelece-
se, com ele, um percurso seguro da descarga principal entre a Terra e a
nuvem.
 Um para-raios consta, essencialmente, de uma haste metálica disposta
verticalmente na parte mais alta do edifício a proteger. A extremidade
superior da haste termina em várias pontas e a inferior é ligada à terra
através de um cabo metálico, que é introduzido profundamente no terreno.
 Quando uma nuvem eletrizada passa nas proximidades do para-raios, ela
induz neste cargas de sinal contrário. 0 campo elétrico, nas vizinhanças das
pontas, torna-se tão intenso que ioniza o ar e força a descarga elétrica
através do para-raios, que proporciona, ao raio, um caminho seguro até a
terra.
Imagem:
SEE-PE,
redesenhado
a
partir
de
imagem
de
Autor
Desconhecido.
O PARA-RAIOS

APLICAÇÕES DO CAMPO
ELÉTRICO

Outra aplicação tecnológica está no
vasto uso de capacitores. Os
capacitores são dispositivos capazes
de armazenar cargas elétricas. O
capacitor plano é feito por duas placas
planas paralelas com dois terminais. O
fato das duas placas serem paralelas
faz com que se forme, entre elas, um
CEU (Campo Elétrico Uniforme). Uma
aplicação prática dos capacitores é o
FLASH de uma máquina fotográfica. Os
capacitores, nesse caso, acumulam
energia em campo elétrico para fazer
o FLASH disparar. Outras aplicações
práticas do campo elétrico são as foto-
copiadoras, os dispositivos de
despoluição do ar e os para-raios. Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem
de Autor Desconhecido.
ELÉTRICO

A observação de que o corpo elétrico humano é capaz de gerar campos elétricos
permite o desenvolvimento de uma tecnologia que poderá permitir nosso corpo
de fazer parte integrante de uma rede de informática: a Human Area Network,
que, através da tecnologia chamada de ‘’RedTacton’’, utiliza o campo elétrico
formado no corpo humano como um ‘meio’ de transmissão rápida e segura,
utilizando-se de um dispositivo transmissor/receptor RedTacton. Assim, 2 corpos
e 2 computadores poderiam trocar informações através do campo elétrico do
corpo dos usuários. Imagem:
SEE-PE,
redesenhado
a
partir
de
imagem
de
Autor
Desconhecido.
ELÉTRICO

Muitos equipamentos tecnológicos utilizam o campo elétrico na atividade
médica. Uma das mais recentes aplicações é o aparelho de ressonância
magnética, que usa campos eletromagnéticos na produção de imagens para o
diagnóstico de várias doenças. Outros tipos de equipamentos, como os de
análises sanguíneas, também fazem uso de campos elétricos e são
amplamente utilizados.
Imagem:
US
Navy
/
Public
Domain.
ELÉTRICO

EXERCÍCIOS SOBRE CAMPO ELÉTRICO
Leia as afirmativas abaixo e julgue-as quanto a (C) certas
ou (E) erradas e, em seguida, marque a alternativa correta.
I – O campo elétrico gerado numa região do espaço
depende exclusivamente da carga fonte e do meio.
II – Em torno de uma carga sempre haverá um campo
elétrico.
III – Se o campo elétrico de uma região não variar com o
decorrer do tempo, ele será chamado de campo
eletrostático.
a) CEC
b) CCE
c) EEC
d) EEE
e) CCC

2. O campo elétrico criado por uma carga
pontual, no vácuo, tem intensidade igual a
9.10-1 N/C. Calcule a que distância d se refere
o valor desse campo.
(dados: Q = - 4 pC e ko = 9.109 unidades SI).
a) 0,02 m
b) 0,2 m
c) 0,4 m
d) 0,6 m
e) 0,002 m

3. (Mackenzie-SP)
A intensidade do campo elétrico, num ponto
situado a 3,0 mm de uma carga elétrica
puntiforme Q = 2,7µC no vácuo (ko =
9.109 N.m2/C2) é:
a) 2,7 . 103 N/C
b) 8,1 . 103 N/C
c) 2,7 . 106 N/C
d) 8,1 . 106 N/C
e) 2,7 . 109 N/C

4. (PUC-SP)
Seja Q (positiva) a carga gerada do campo elétrico e q
a carga de prova em um ponto P, próximo de Q.
Podemos afirmar que:
a) o vetor campo elétrico em P dependerá do sinal de
q.
b) o módulo do vetor campo elétrico em P será tanto
maior quanto maior for a carga q.
c) o vetor campo elétrico será constante, qualquer que
seja o valor de q.
d) a força elétrica em P será constante, qualquer que
seja o valor de q.
e) o vetor campo elétrico em P é independente da
carga de prova q.

Analise as alternativas abaixo referentes às unidades de medida estudadas
em eletrostática:
I. A unidade de medida da carga elétrica é metros por segundo.
II. A unidade de medida do campo elétrico é Newton por Coulomb.
III. A unidade de medida da força elétrica é Newton.
IV. A unidade de medida da constante eletrostática do meio é representada
por (N⋅m)2/C2
Qual alternativa está correta?
A) II, III e IV.
B) I, III e IV.
C) I, II e III
D) Todas estão corretas.
E) Todas estão incorretas.

Uma carga elétrica pontual de valor -24 μC é posta em determinado
lugar no vácuo, estando sujeita a uma força elétrica de valor 360 N .
Considerando isso, encontre o módulo do campo elétrico dessa carga
nesse lugar.
A) 1,5⋅105 N/C
B) 1,5⋅106 N/C
C) 1,5⋅107 N/C
D) 1,5⋅108 N/C
E) 1,5⋅109 N/C

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