FÍSICA · 2ª SÉRIE DO ENSINO MÉDIO

Campo elétrico

Vetor campo · carga puntiforme · linhas de força · superposição · campo uniforme · condutores

Prof. Luis Teixeira
Física | Matemática

O que veremos

Da força ao campo: E = F/q
Sentido do vetor campo
Campo de uma carga puntiforme
Linhas de força
Explorador de campo e superposição
Campo elétrico uniforme
Carga em movimento num campo uniforme
Condutores em equilíbrio: interior, pontas e blindagem
Exemplos resolvidos e prática

A pergunta da aulaComo uma carga elétrica consegue empurrar ou puxar outra sem tocá-la? A resposta é o campo elétrico: a carga modifica o espaço à sua volta, e qualquer outra carga colocada ali sente uma força.

Constantes da aulak = 9 · 10⁹ N·m²/C² (no vácuo) · 1 μC = 10⁻⁶ C · carga elementar e = 1,6 · 10⁻¹⁹ C

Da força ao campo: E = F / q

Conceito

Carga de prova q

força F sobre qcampo E no ponto P

E = Fq unidade: N/C

A carga fonte Q cria o campo. A carga de prova q serve só para medi-lo.
Trocando q, a força muda na mesma proporção, mas a razão F/q fica igual: o campo é uma propriedade do ponto do espaço, não da carga de prova.

Sentido do vetor campo e da força

Conceito

Carga fonte:

Carga de prova:

Sentido de ECarga fonte positiva: o campo é de afastamento (aponta para fora). Carga fonte negativa: o campo é de aproximação (aponta para a carga).

Sentido da força: F = q · ESe q > 0, a força tem o mesmo sentido do campo. Se q < 0, a força tem sentido oposto ao do campo. O campo no ponto não muda com o sinal de q.

Campo de uma carga puntiforme

Carga puntiforme

Carga Q

Distância d

E = k · |Q|d²

Inversamente proporcional ao quadradoDobrando a distância, o campo fica 4 vezes menor (2² = 4). Triplicando, fica 9 vezes menor. O campo não depende da carga de prova.

Linhas de força

Representação do campo

Em cada ponto, o vetor campo é tangente à linha de força, no sentido da seta.
As linhas saem das cargas positivas e chegam às negativas.
Duas linhas de força nunca se cruzam: em cada ponto o campo tem um só sentido.
Onde as linhas estão mais juntas, o campo é mais intenso.

Explorador de campo elétrico

Simulador

Arraste as cargas e o ponto P no quadro. O comprimento das setas cresce com a intensidade (escala comprimida). Lado do quadriculado: 0,1 m.

Ajustar:

valor

Prontos:

Princípio da superposição

Várias cargas

SuperposiçãoCada carga cria o seu campo como se estivesse sozinha. O campo resultante é a soma vetorial: E = E₁ + E₂ + … Na mesma reta, mesmo sentido soma, sentidos opostos subtrai.

Superposição com campos perpendiculares

Várias cargas

ProblemaAs cargas Q₁ = +3 μC e Q₂ = +4 μC estão nos vértices A e B de um triângulo retângulo. O ponto P é o vértice do ângulo reto, a 0,3 m de cada carga. Qual é o campo elétrico resultante em P?

Campo elétrico uniforme

Campo uniforme

Tensão U

Distância d

Mover a carga de prova

Entre duas placas paralelas com cargas opostas, longe das bordas, o campo tem a mesma intensidade, direção e sentido em todos os pontos.
As linhas de força são paralelas e igualmente espaçadas, da placa positiva para a negativa.

E = Ud (V/m = N/C)

Carga em movimento num campo uniforme

Campo uniforme

Partícula:

Entrada:

Campo E

F = q · E · a = |q| · Em

Parecido com um lançamento horizontalA força elétrica é constante, como o peso num lançamento. Quem entra perpendicular ao campo descreve um arco de parábola. É assim que um feixe de elétrons é desviado num osciloscópio e numa impressora a jato de tinta.

Trajetórias fora de escala: a massa do elétron é cerca de 1 836 vezes menor que a do próton, por isso o desvio real do elétron é muito maior.

Condutor em equilíbrio eletrostático

Condutores

Exemplos resolvidos

Exercícios

Experimente

Prática

Escreva o número em notação científica (3 · 10^5, 3x10^5 ou 3e5) ou por extenso (300000). Use vírgula para decimais.

Síntese

Ideia	Resumo
Campo elétrico	E = F/q, em N/C; propriedade do ponto, criada pela carga fonte
Sentido	Q > 0: afastamento; Q < 0: aproximação. Força: q > 0 no sentido de E; q < 0 no sentido oposto
Carga puntiforme	E = k·\|Q\|/d², com k = 9 · 10⁹ N·m²/C²; dobrar d divide E por 4
Linhas de força	tangentes a E; saem do +, chegam no −; não se cruzam; mais juntas, campo mais intenso
Superposição	campo resultante = soma vetorial dos campos de cada carga (na reta: soma ou subtração; perpendiculares: Pitágoras)
Campo nulo	entre duas cargas de mesmo sinal, mais perto da carga menor
Campo uniforme	placas paralelas: E igual em todos os pontos, E = U/d; a carga sofre força constante F = qE
Condutor em equilíbrio	campo nulo no interior, cargas na superfície, concentração nas pontas; blindagem eletrostática