Estudo do Campo Elétrico

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Vamos novamente relembrar algumas coisas lá da Gravitação para facilitar nossa aprendizagem. Lembra de como funciona a gravidade que o planeta Terra causa nos objetos? Através da força gravitacional, certo? Algo bem impressionante que vimos sobre essa força é que ela atua sobre os objetos sem precisar estar em contato com eles. Lembra disso? Pois, então, chamamos isso de uma força de campo. Mas, espera aí, o que isso tem a ver com o que estamos estudando? Tudo! Essa mesma propriedade existe na força elétrica!

Vamos nos aprofundar um pouco mais nisso, agora envolvendo cargas elétricas. A presença de uma carga (Q1) em uma região do espaço afeta eletricamente o espaço em torno dela, de forma que, ao colocarmos nesta região outra carga elétrica (Q2), essa carga sentirá uma força. Mas que força é essa? A força elétrica, que acabamos de estudar na Lei de Coulomb! Mas não é só isso; sabendo que essa carga (Q1) exerce uma força na carga (Q2) sem necessariamente precisar tocá-la, podemos comprovar que a força elétrica é uma força de campo.

Curiosidade! Você já se perguntou como os tubarões conseguem encontrar suas presas quando estão caçando no fundo do mar? Com os olhos é que não é! O fundo do mar possui praticamente nenhuma luz, impedindo que qualquer animal enxergue. Mas, então, como eles caçam? A seleção natural deu um jeito nisso! Os tubarões são equipados com receptores especializados em suas narinas, capazes de sentir o campo elétrico extremamente fraco que é gerado pelas outras criaturas que nadam pelo oceano.

Mágico como a Física e a Biologia se misturam, não é?

Fundamentos de Física. Vol. 3 – HALLIDAY, RESNICK, WALKER.

Vetor Campo Elétrico

Já sabemos que o local do espaço onde a força elétrica atua é chamado de campo elétrico. Mas existe uma informação sobre esse campo que ainda não temos: qual é a direção dele? Chamamos essa direção do campo em um certo ponto de vetor campo elétrico (E). Mas como descobrimos esse vetor? Ele é o valor da força elétrica F agindo em uma carga de prova (q) colocada no ponto que desejamos, dividida pela carga de prova. Em termos matemáticos, o módulo desse vetor é dado pela seguinte relação:

A direção desse vetor é sempre a mesma direção da força elétrica. Ele pode possuir dois sentidos: o mesmo da força (F), se a carga de prova for positiva (usual), ou o oposto ao da força (F), se a carga de prova for negativa. Para facilitar a compreensão, veja o esquema dos vetores no desenho ao lado.

Linhas de Campo

Para representar a distribuição desse vetor campo elétrico (E) em diversos pontos de uma região do espaço, usamos o recurso de linhas de campo ou linhas de força. O que você precisa saber sobre essas linhas é o seguinte:

  1. O vetor campo elétrico é tangente à linha de campo em cada ponto do espaço e tem o mesmo sentido delas;
  2. O campo elétrico é mais intenso onde as linhas estão mais próximas.
  3. As linhas de campo começam nas cargas positivas e terminam nas cargas negativas;
  4. Duas linhas de campo nunca se cruzam.

Campo Elétrico Produzido Por Uma Carga Pontual

Já sabemos que as cargas elétricas geram campos elétricos ao seu redor, certo? Mas como é o formato destes campos? Quais são os vetores do campo elétrico em torno das cargas? É exatamente isto que vamos ver agora!

O campo elétrico gerado por cargas pontuais sempre aponta para dentro ou para fora da carga, dependendo do sinal que ela possui. Se liga nessa imagem abaixo.

Agora que nós temos essa imagem, fica fácil, né? O campo elétrico em cargas positivas aponta para fora da carga! Em cargas negativas, aponta para dentro! Mas, espera aí, ainda falta uma coisa muito importante. Como descobrimos o valor desse campo elétrico? É simples: temos uma equação que nos permite encontrá-lo!

Esta equação relaciona o valor da carga pontual (Q) com a distância (d) dessa carga até o ponto onde desejamos saber o valor do campo elétrico. Vale a pena ressaltar que esse campo elétrico é inversamente proporcional ao quadrado da distância!

Campo Elétrico Entre Duas Cargas Pontuais

Mas e se colocarmos duas cargas pontuais lado a lado, como será o campo elétrico entre elas? Primeiro, vamos analisar o campo entre duas cargas com sinais diferentes.

Como já vimos anteriormente, o campo elétrico em cargas positivas aponta para fora da carga e, em cargas negativas, aponta para dentro. Esse será o comportamento do campo entre elas! Ele vai sair da carga positiva e entrar na carga negativa, exatamente como mostrado a seguir!

E entre cargas de mesmo sinal, como esse campo vai se comportar? Neste caso, é mais fácil irmos direto para o desenho:

Como as linhas de campo apenas saem das cargas positivas (ou apenas entram nas cargas negativas), então esse movimento de repulsão vai acontecer. As linhas de campo irão se dispersar para todas as direções.

Campo Elétrico Uniforme (CEU)

Esse caso é o mais simples que iremos ver nos problemas! Ele acontece quando temos duas placas planas paralelas infinitas. Infinitas? Como assim? Calma, é só um modo de expressar que o comprimento das placas é muito maior do que a distância entre elas. Estas placas estão carregadas com cargas de mesmo módulo, mas com sinais opostos, isto é, uma positiva e outra negativa. Neste caso, o campo elétrico terá o mesmo módulo em qualquer ponto entre elas. Se liga nessa imagem aqui embaixo, ela representa o que é esse campo elétrico uniforme:

Note que as linhas de campo devem ser equidistantes e paralelas no campo elétrico uniforme.

Para saber mais, veja também: