Campo Eletrostático

O conceito fundamental da eletrostática é o campo elétrico estático, descrito por um campo vetorial de intensidade do campo elétrico ou por um potencial escalar. As unidades derivadas do SI para o campo elétrico são volts por metro (V/m), equivalentes exatamente a newtons por coulomb (N/C). Esse campo eletrostático e a força que ele cria podem ser ilustrados com linhas chamadas “linhas de força”.

Definição e Características

Os campos eletrostáticos são campos elétricos que não mudam com o tempo, presentes quando sistemas de matéria carregada estão estacionários ou quando as correntes elétricas são inalteradas. Matematicamente, o campo eletrostático é definido como um campo vetorial que associa a cada ponto no espaço a força de Coulomb por unidade de carga exercida sobre uma carga de teste positiva infinitesimal em repouso nesse ponto.

Linhas de Força

Uma linha de campo elétrico é uma linha ou curva imaginária desenhada através de uma região do espaço de modo que sua tangente em qualquer ponto está na direção do vetor do campo elétrico naquele ponto. O número de linhas por unidade de área (perpendicular à sua direção) é proporcional à magnitude do campo elétrico no ponto.

Métodos Matemáticos da Eletrostática

Os métodos matemáticos da eletrostática possibilitam calcular as distribuições do campo elétrico e do potencial elétrico a partir de uma configuração conhecida de cargas, condutores e isolantes.

Interação entre Cargas

Objetos carregados se repelem ou atraem devido à maneira como esses campos atuam juntos. A força é presente em cada objeto carregado. Quando dois objetos de carga oposta são aproximados, o campo eletrostático se concentra entre eles. A direção das pequenas setas mostra a direção da força como agiria sobre um elétron se fosse liberado no campo elétrico. Cargas iguais se repelem e cargas opostas se atraem.

Lei da Atração Eletrostática

A intensidade da força de atração ou de repulsão depende de dois fatores: a quantidade de carga em cada objeto e a distância entre eles. Quanto maior a carga, maior o campo eletrostático. Quanto maior a distância entre os objetos, mais fraco o campo eletrostático entre eles, e vice-versa. Isso leva à lei da atração eletrostática, comumente referida como Lei de Coulomb.

Cálculo do Campo Elétrico

O campo elétrico, uma quantidade vetorial, é a força por unidade de carga exercida sobre uma carga de teste em qualquer ponto. Definimos o campo elétrico E em um ponto como a força elétrica F₀ experimentada por uma carga de teste q₀ no ponto, dividida pela carga q₀. Assim, o campo elétrico em um determinado ponto é igual à força elétrica por unidade de carga experimentada por uma carga naquele ponto.

Superposição de Campos Elétricos

O campo elétrico de qualquer combinação de cargas é a soma vetorial dos campos causados pelas cargas individuais. Para calcular o campo elétrico causado por uma distribuição contínua de carga, divide-se a distribuição em pequenos elementos, calcula-se o campo causado por cada elemento e, em seguida, realiza-se a soma vetorial, geralmente integrando.

Perguntas Frequentes

Quais partículas em átomos têm carga elétrica? Um átomo consiste em um núcleo positivamente carregado cercado por elétrons negativamente carregados, de modo que o átomo como um todo é eletricamente neutro. O núcleo atômico consiste em prótons carregados positivamente e nêutrons neutros.
Por que prótons e elétrons são atraídos? Os elétrons em um átomo são atraídos pelos prótons no núcleo pela força eletromagnética. Esta força prende os elétrons dentro de um poço de potencial eletrostático ao redor do núcleo menor, o que significa que uma fonte externa de energia é necessária para o elétron escapar.
Qual é a unidade de carga elétrica? O coulomb (símbolo: C) é a unidade do Sistema Internacional de Unidades (SI) de carga elétrica. O coulomb foi definido como a quantidade de eletricidade transportada em um segundo por uma corrente de um ampère: 1 C = 1 A × 1 s.