Você pode olhar esse nome estranho e se assustar, mas não se preocupe, o nome parece mais complicado do que realmente é! Para começar, a primeira coisa que precisamos definir é o que é equilíbrio eletrostático. Vamos lá! Um corpo condutor (pode ser um carro, um avião ou qualquer coisa feita de material condutor) está em equilíbrio eletrostático quando não há movimento ordenado de cargas em seu interior ou superfície. É necessário que fique claro: não há movimento de cargas! Existem cargas elétricas no corpo, elas só não se movimentam!
Agora ficará fácil notar a importância de termos estudado as forças de repulsão, pois elas serão importantes para explicar em detalhes o que acontece nos condutores! Em função de possuírem o mesmo sinal, os elétrons livres sempre buscam ficar o mais distante possível uns dos outros. Agora vamos pensar: onde eles poderiam ficar, de maneira que a distância entre eles seja a maior possível? No interior? Justamente o contrário, no exterior, na superfície! Sendo assim, isso nos permite dizer que as cargas sempre se encontram na superfície externa do condutor quando ele está em equilíbrio.
Importante saber! Em um condutor esférico isolado, em função da sua simetria, as cargas irão se distribuir de maneira uniforme na superfície externa. Contudo, se o condutor apresentar uma geometria irregular, as cargas irão se distribuir de maneira não uniforme pela superfície, localizando-se em maior densidade nas pontas do condutor.
Propriedades dos Condutores em Equilíbrio Eletrostático
Existem alguns detalhes fundamentais que você precisa saber quando tratamos de condutores em equilíbrio eletrostático. Vamos estudá-los agora!
1. O campo elétrico no interior do condutor é sempre nulo;
2. O potencial elétrico é o mesmo em todos os pontos do interior e da superfície do condutor;
3. O vetor campo elétrico é perpendicular à superfície em todos os pontos.
Condutores Esféricos em Equilíbrio Eletrostático
Este tópico vale uma atenção especial, pois a maioria dos problemas que teremos que resolver envolve condutores esféricos (nome bonito para se referir a uma esfera oca carregada). Mas não se assuste! Este é apenas um caso particular de tudo o que já vimos antes.
Como em todos os condutores em equilíbrio, o campo elétrico no interior dessa esfera será nulo!
E para pontos próximos à superfície externa desse condutor, qual será o valor do campo elétrico? É simples! Basta pensarmos nessa esfera como uma carga pontual localizada bem em seu centro. Se pensarmos assim, é só utilizarmos a equação que vimos anteriormente para o campo elétrico ao redor de cargas pontuais, apenas substituindo a distância da equação pelo raio da esfera.
Podemos utilizar o mesmo princípio para descobrir o valor do campo elétrico no exterior da esfera. Basta utilizarmos a distância (d) como sendo a distância do ponto em que desejamos encontrar o valor do campo elétrico até o centro da esfera.
Fazendo a análise gráfica de tudo que acabamos de ver, teremos a seguinte representação:
Agora, vamos ver como o potencial elétrico se comporta nessa esfera. Como em todos os outros condutores, o potencial é o mesmo em todos os pontos do interior e da superfície da esfera.
E nos pontos externos à esfera, como o potencial se comporta? Para responder isso, vamos repetir aquela mesma análise que fizemos para o campo elétrico: tratar esse condutor como uma carga pontual localizada bem no centro da esfera, ou seja, vamos utilizar aquela mesma equação que vimos anteriormente para o potencial elétrico ao redor de uma carga pontual. A única diferença é que agora consideraremos a distância até o centro da esfera para o cálculo.
Fazendo a análise gráfica de tudo que acabamos de ver, teremos a seguinte representação:
Para saber mais, veja também:
- Introdução à Eletrostática e Carga Elétrica
- Princípios de Eletrostática
- Materiais Condutores e Isolantes
- Processos de Eletrização
- Lei de Coulomb
- Estudo do Campo Elétrico
- Potencial Elétrico e Energia Potencial Elétrica
- Superfícies Equipotenciais e Trabalho no Campo Elétrico
- Gaiola de Faraday e Eletrostática na Prática