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30-04-2017
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Sumário
Unidade II – Eletricidade e Magnetismo
1- Campo e potencial elétrico
- Noção de campo elétrico.
- Campo elétrico criado por uma carga pontual estacionária.
- Linhas de campo.
APSA 21 – Campo elétrico. Campo elétrico uniforme.
Campo e potencial elétrico Conceito de campo
• Conceito de campo
O conceito de campo foi introduzido, pela primeira vez por
Michael Faraday (1791-1867) no estudo das interações
elétricas e magnéticas.
No século XVIII o conceito de forças à distância era de difícil
interpretação, só se aceitava a existência de interações por
contacto.
Para explicar os fenómenos como a propagação da luz, as interações
elétricas e as interações gravíticas, imaginava-se uma substância chamada
“éter” que faria a ligação entre todos os corpos do Universo. Era o “éter” que
encheria todo o espaço entre os corpos assegurando o “contacto” entre eles
e permitiria explicar as interações entre os corpos.
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Campo e potencial elétrico Conceito de campo
• No século XIX, a hipótese da
existência do “éter” foi posta em
causa e surgiu com o físico e
químico inglês Faraday, o conceito
de campo, que foi primeiramente
aplicado às forças elétricas e
magnéticas e posteriormente às
forças gravíticas.
Em geral, diz-se que num dado espaço existe um campo de forças, se nesse
espaço existir uma determinada propriedade física que se estende a todos
os pontos desse espaço.
Podemos ter campos vetoriais e campos escalares.
Campo e potencial elétrico Conceito de campo
• Um campo, em Física, não é uma entidade
material. É um conceito, tal como o
conceito de força, é um auxiliar muito útil
à interpretação de interações: quer sejam
gravitacionais ou eletromagnéticas.
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Campo e potencial elétrico Noção de campo elétrico
Considere-se um ponto P, do espaço, e coloque-se nesse ponto uma carga
elétrica de prova, q, se se verificar que a carga é atuada por uma força, ,
diz-se que nesse ponto do espaço existe um campo elétrico, .
F
E
• Como se explica então o conceito de campo elétrico?
Campo e potencial elétrico Campo elétrico
• O campo elétrico, , num ponto P, é então por definição, a força elétrica
que atua por unidade de carga positiva, colocada nesse ponto, à distância r
da carga criadora, Q.
q
FE
E
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Campo e potencial elétrico Caraterísticas do campo elétrico
- Ponto de aplicação: ponto P considerado
- Direção: a mesma de
- Sentido: depende do sinal da carga criadora
- Intensidade:
- Unidade SI: V m-1 ou N C-1
q
FE
F
• O campo elétrico tem as seguintes características:
Campo e potencial elétrico Caraterísticas do campo elétrico
• Considerando a equação de definição de campo elétrico (1) e pela Lei
de Coulomb (2),
Para Q > 0 vem:
q
er
Er
24
1
r
er
Qεπ
E
241
Para Q < 0 vem:
re
r
Qεπ
E
241
re
r
QkE
2
re
r
QkE
2
rer
qQF
24
1
q
FE
(1) (2)
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Campo e potencial elétrico Campo elétrico
• O campo elétrico, num ponto, criado por uma carga pontual é,
portanto, uma grandeza posicional, isto é, depende da posição
do ponto; num dado meio, a sua intensidade é inversamente
proporcional ao quadrado da distância do ponto à carga
criadora do campo.
O campo elétrico criado por uma só carga pontual, Q, é radial e centrífugo,
se a carga fonte de campo for positiva (Q > 0) e radial e centrípeto se a
carga fonte de campo for negativa (Q < 0).
re
r
QkE
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Campo e potencial elétrico Módulo do campo elétrico em função da distância à carga
2r
QkE
• Gráfico do módulo do campo elétrico em função da distância à carga.
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Campo e potencial elétrico Linhas de campo elétrico
• Linhas de campo elétrico – São linhas contínuas e sempre tangentes ao
vetor campo elétrico em qualquer ponto. As linhas de campo elétrico
divergem da carga que cria o campo, se ela for positiva, e convergem para
essa carga se for negativa.
Campo e potencial elétrico Linhas de campo elétrico
Espectro das linhas de campo criado por uma carga pontual
• Espectro das linhas de campo elétrico.
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Campo e potencial elétrico Princípio da Sobreposição
• Verifica-se experimentalmente que o campo elétrico, , criado por várias
cargas pontuais, Q1, Q2, … Qn, é igual à soma vetorial dos campos elétricos
criados num ponto P, por essas cargas, ou seja:
E
nEEE
...,,, 21
nEEEE
...21
Campo e potencial elétrico Linhas de campo elétrico
• Espectro das linhas de campo elétrico criado por duas cargas iguais.
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Campo e potencial elétrico Linhas de campo elétrico
• Espectro das linhas de campo elétrico criado por duas cargas simétricas.
Campo e potencial elétrico Linhas de campo elétrico
• Campo elétrico criado por duas cargas simétricas num ponto P do campo.
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Campo e potencial elétrico Linhas de campo elétrico
• Campo elétrico criado por duas cargas de sinal contrário e módulo diferente.
Campo e potencial elétrico Linhas de campo elétrico
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