Físico

Campo elétrico

O campo elétrico de um positivo (esquerda) e negativo (direita). Fonte: Wikimedia Commons

Qual é o campo elétrico?

Ele campo elétrico É propriedade que os objetos carregados de influenciar o espaço circundante têm, que é percebido por outros corpos eletricamente carregados. Mas, diferentemente da força elétrica entre as cargas, o campo elétrico depende apenas da carga que a produz.

Michael Faraday (1791-1867), um físico inglês, criou o conceito de campo observando que qualquer carga elétrica influencia o espaço que o rodeia, para que não precise estar em contato com outra carga para que a interação ocorra.

Não é necessário que as cargas estejam em um meio material, pois a interação pode ser dada no vácuo.

Para visualizar a forma de um campo elétrico, suponha uma carga específica e positiva, chamada +q, cujo tamanho é tão pequeno que não é necessário levar em consideração suas dimensões. O campo que ela produz é capaz de afetar outras cobranças, como outra carga positiva de ponto de teste q_qualquer.

A carga de teste é colocada em diferentes locais em torno de +q, e por ser positivo, a força que +Q exerce em q_qualquer É repulsão.

Desenhando a força da força na carga q_qualquer Em cada ponto do espaço que ocupa e removendo -o, há um conjunto de linhas que emergem radialmente da carga +q (veja a imagem acima, à esquerda).

Ao repetir a experiência com uma carga negativa - q, as linhas também são radiais, mas entrando em - q. Nos dois casos, as linhas são tangentes ao campo elétrico vetor.

Fórmula e unidades

Se em uma região do espaço houver um campo elétrico E, Uma carga elétrica q_qualquer Experiência, graças a ele, uma força dada por:

Pode servir a você: erro aleatório: fórmula e equações, cálculo, exemplos, exercícios

F = q_qualquerE

De maneira que:

$\mathbfE=\frac\mathbfF\mathrmq_o$

A unidade de campo elétrico no sistema internacional de unidades é Newton/Coulomb, que é abreviado N/C. Também é comum expressar o campo elétrico em termos de magnitude escalar chamada potencial elétrico; nesse caso, o campo para o campo é o volt/medidor (v/m).

O campo elétrico de uma carga pontual

O campo E é produzido por algum objeto com carga q. Tornando a carga de teste muito pequena, ou seja, fazendo q_qualquer tende a 0, o vetor E é:

$\mathbfE=\lim_q_o\rightarrow 0\frac\mathbfF_o\mathrmq_o$ Com F_qualquera força entre q e q_qualquer.

A intenção ao tomar o limite é fazer com que a carga seja pequena o suficiente para que seu campo não altere aquele que deseja calcular.

Se o que é uma carga pontual, de acordo com a lei de Coulomb, a força entre as acusações q e q_qualquer, Ambos separaram uma distância r, é dada por:

$\mathbfF_o=k\fracq\cdot q_or^2\hatr$ Nesta equação, K é a constante eletrostática e o vetor de unidade na direção da linha que une q e q e q_qualqueré: $\hatr$

Substituindo essa expressão na definição de campo, é obtido:

$\mathbfE =\lim_q_o\rightarrow 0\frack\fracqq_or^2q_o\hatr=k\fracqr^2\hatr$ Para que o campo E, Produzido pela carga pontual q no ponto P, é:

$\mathbfE =\frackqr^2\hatr$ Desta forma, E Não depende da carga do teste, mas da carga que a produz. O magnitude do campo é diretamente proporcional à magnitude da carga e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre a carga e o ponto P.

E como afirmado no início, o endereço Do campo é radial e a direção é extrovertida para a carga quando é positiva e chegando quando é negativa.

Intensidade do campo elétrico

O campo elétrico é o vetor e sua intensidade refere -se ao seu módulo ou magnitude, que é indicado sem negrito. Para uma carga pontual, a intensidade de seu campo elétrico é simplesmente:

Pode atendê -lo: dilatação superficial: fórmula, coeficientes e exemplos

$E =\frackqr^2$ E por ser o módulo de uma quantidade, é sempre positivo.

Por exemplo, a intensidade do campo elétrico produzido por uma carga q = - 4.3 μC (μC diz “Microcoulomb” e é equivalente ao milionésimo de um Coulomb), a uma distância de 2 cm da carga, é:

$E =\frac9\times 10^9\times 4.3\times 10^-6\left (2\times 10^-2 \right )^2\: \fracNC$

Observe que a distância de 2 cm se tornou metros, multiplicando pelo poder 10⁻², Como a constante eletrostática está em unidades se. E embora a carga seja negativa, a intensidade do campo que produz é sempre positiva, mas o vetor de campo elétrico está chegando à carga, como explicado anteriormente.

Exemplos de campo elétrico

1. Campo elétrico de uma distribuição discreta de cargas

Um conjunto de cobranças específicas é chamado Distribuição de carga discreta. Nesse caso, o campo elétrico resultante no ponto P é calculado pela aplicação do Princípio da superposição, que é o vetor de soma do campo que cada uma das cargas produz em P:

E_líquido = E₁+ E₂+ E₃+..

A imagem a seguir mostra uma distribuição composta por cinco cargas específicas e o campo elétrico que cada um produz no ponto P:

Campo elétrico no ponto P, devido a uma distribuição discreta de cargas

As cargas q₃ e que₅ Eles são negativos e o campo que eles produzem é recebido para eles. Eles são distinguidos em azul.
Por sua parte, as cargas q₁, q₂e que₄Eles são positivos, criando um campo saliente em vermelho.

2. Campo elétrico de uma distribuição contínua de cargas

Uma distribuição de carga contínua consiste em um objeto estendido, carregado eletricamente, como o mostrado na figura a seguir. Como o objeto tem dimensões apreciáveis, o campo que uma parte do corpo produz em P é significativamente diferente daquela que produz outro mais (ou mais próximo) de P.

Pode atendê -lo: leis de kirchhoff

Suponha que uma pequena carga elétrica do referido objeto seja tomada, chamada DQ e suposta positiva, que produz em p uma pequena contribuição para o campo elétrico total. Esta contribuição é um diferencial do vetor de campo elétrico DE.

Como a carga DQ é muito pequena, seu campo é como a de uma carga pontual, para que a equação possa ser aplicada antes de ser vista:

$d\mathbfE=k\fracdqr^2\hatr$

Para calcular o campo elétrico de um objeto estendido, ele é integrado acima de tudo o seu volume. A densidade de carga (carga por unidade de volume) é indicada como ρ

Para obter o campo total do objeto no ponto P, as contribuições de todo o DQ que podem ser tomadas no objeto são adicionadas. Isso leva à integral:

$\mathbfE=\int_Volumen^k\fracdqr^2\hatr$

Exercício resolvido

Uma carga pontual q = 2.0 × 10^-8 C é colocado em um ponto P dentro de um campo elétrico, no qual experimenta uma força ascendente de magnitude 4.0 × 10^-6 N. Calcular:

a) O campo elétrico em P

b) a força em uma carga q = −1.0 × 10^-8 C localizado em P.

Solução para

Seja a magnitude do campo elétrico no qual a carga é colocada. Em virtude deste campo, essa carga experimenta a força ascendente da magnitude f, de modo que:

F = q ∙ e

Então:

E = f /q = 4.0 × 10^-6 N/ 2.0 × 10^-8 C = 200 n/c.

Sendo positivo, o ônus, a força e o campo têm a mesma direção e significado.

Solução b

A magnitude da força agindo sobre o que é:

$F=\left |q \right | \cdot E=\left |-1.0\times 10^-8 \right | \cdot 200\: N=2.0\times 10^-6 \: N$

Quando esse ônus é negativo, a força e o campo têm a mesma direção, mas os sentidos opostos.

Referências

Bauer, w. 2011. Física para engenharia e ciências. Volume 2. Mc Graw Hill.
Campo e potencial elétrico de uma carga pontual. Recuperado de: SC.Ehu.é.
Resnick, r. (1999). Físico. Vol. 1. 3ª ed. em espanhol. Empresa Editorial Continental S.PARA. claro.V.
Sears, z. (2016). Física da Universidade com Física Moderna. 14º. Ed. Volume 1. Pearson.
Física da Universidade. Campo elétrico. Vol. 2. Recuperado de: OpenStax.org.