O que é Campo Elétrico e a Lei de Coulomb
Campo elétrico, uma propriedade elétrica associada a cada ponto no espaço quando a carga está presente em qualquer forma.
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Os campos elétricos estão por toda parte e podem desempenhar um papel significativo na vida cotidiana e na ciência.
Um dos exemplos mais comuns da existência de campos elétricos e seus efeitos pode ser visto quando um balão é esfregado contra um suéter e o balão fica carregado e um campo elétrico é gerado.
Como resultado da carga e do fato de que cargas iguais se repelem e cargas diferentes se atraem, o balão pode grudar nas paredes. É o campo elétrico associado à carga que permite que as cargas se repelem e se atraiam.
Os fundamentos dos campos elétricos e seu impacto em itens como componentes eletrônicos e vários itens elétricos podem ser bastante importantes, portanto, um entendimento pode ser útil não apenas por ter uma visão mais ampla dos fenômenos elétricos, mas também de pontos de vista práticos.
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O que é um campo elétrico
Provavelmente vale a pena começar a olhar para o que é um campo elétrico, definindo o que é e depois explicando como tudo ocorre e seus efeitos.
Definição de campo elétrico:
Um campo elétrico resulta de cada ponto no espaço onde a carga está presente em qualquer forma. A magnitude e a direção do campo elétrico são expressas pelo valor de E, chamado de intensidade do campo elétrico, que é frequentemente referido como campo elétrico ou, às vezes, intensidade do campo elétrico.
Os campos elétricos, cargas e forças são explicados pela Lei de Coulomb. Como o nome indica, a Lei de Coulomb foi desenvolvida por Charles-Augustin de Coulomb, um físico francês. Em 1785, ele publicou três artigos sobre eletricidade e magnetismo e, a partir deles, declarou sua lei.
O desenvolvimento da Lei de Coulomb foi um marco importante no desenvolvimento da teoria do eletromagnetismo e foi processado como base para muitas outras descobertas nos anos posteriores.
Lei de Coulomb:
A Lei de Coulomb afirma que cargas iguais se repelem e cargas opostas se atraem com uma força proporcional ao produto das cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre elas.
Apesar da simplicidade da declaração da Lei de Coulomb, ela é abrangente em sua aplicação e descreve muitos aspectos dos campos elétricos: o que são; como eles reagem e assim por diante.
Para entender um pouco mais a Lei de Coulomb e a interação de cargas elétricas e o campo elétrico resultante, é possível examinar primeiro os conceitos básicos e depois desenvolver a partir deles.
Verifica-se que uma carga elétrica tem um campo elétrico associado e este interage com outras mudanças com seus campos elétricos.
Em termos de forças verifica-se que a força elétrica é maior se a força das cargas for maior, ou seja, as cargas são maiores. Também é maior se as cargas estiverem mais próximas e diminui se estiverem mais distantes umas das outras. Especificamente, a força elétrica é inversamente proporcional ao quadrado da distância entre as duas cargas, ou seja, é uma “lei do inverso do quadrado”.
Freqüentemente, as linhas de campo elétrico são mostradas em diagramas e indicam o campo elétrico presente em qualquer local.
Fórmula da Lei de Coulomb
Muitas vezes é necessário ser capaz de expressar leis como a Lei de Coulomb na forma de uma fórmula ou equação.
Isso permite uma maior compreensão da lei e também permite que vários cálculos sejam feitos.
Onde:
F = força entre os dois objetos carregados em Newtons
Q 1 = carga no objeto 1 em coulombs
Q 2 = carga no objeto 2 em coulombs
k = constante da lei de Coulomb. O valor desta constante depende do meio em que os objetos carregados estão imersos. Para ar o valor é aproximadamente 9,0 x 10 9 N • m 2 / C 2 .
d = distância entre dois objetos em metros.
Vale a pena notar que a lei de Coulomb fornece uma descrição precisa da força entre dois objetos que podem ser considerados como cargas pontuais. Felizmente, uma esfera condutora carregada age com outros objetos carregados como se toda a sua carga estivesse localizada em seu centro e, portanto, pode ser considerada como uma carga pontual.
Como a lei de Coulomb se aplica a cargas pontuais, a distância d na equação acima deve ser medida entre os centros das esferas de ambos os objetos. Não é a distância entre as superfícies das esferas. Em alguns casos pode não haver uma grande diferença entre as duas distâncias, mas em outros haverá. Também é importante porque o valor da distância é elevado ao quadrado na equação e, portanto, quaisquer discrepâncias serão ampliadas em termos do efeito no valor geral da força.
Linhas de força do campo elétrico
Um campo elétrico é uma quantidade vetorial e pode ser visualizado como setas indo em direção ou afastando-se de cargas. As linhas são definidas como apontando radialmente para fora, longe de uma carga positiva, ou radialmente para dentro, em direção a uma carga negativa.
As linhas representam as linhas de força e são freqüentemente chamadas de linhas de campo elétrico. Eles são normalmente desenhados como um padrão de várias linhas que se estendem da carga.
As linhas do campo elétrico apontam na direção em que uma carga positiva aceleraria se fosse colocada sobre a linha. Isso significa que as linhas são direcionadas para longe das cargas carregadas positivamente e na direção das cargas carregadas negativamente. Para indicar essas direções, as linhas de campo elétrico incluem uma ponta de seta que aponta na direção apropriada.
Em teoria, o padrão de um campo elétrico consistiria em um número infinito de linhas. Na prática, isso tornaria qualquer diagrama ilegível, portanto, para maior clareza, o número de linhas geralmente é limitado. Normalmente, apenas algumas linhas ao redor de uma carga para indicar o campo elétrico são suficientes para mostrar a natureza do campo elétrico no espaço ao redor da carga.
Intensidade do campo elétrico e linhas equipotenciais
Outro elemento importante do campo elétrico é o que costuma ser chamado de intensidade do campo elétrico. É possível representar esquematicamente a intensidade do campo como linhas equipotenciais em um diagrama. Essas linhas podem ser comparadas às linhas de contorno em um mapa. As linhas equipotenciais são sempre perpendiculares ao campo elétrico.
Também é possível representar essas linhas em três dimensões como esferóides elípticos de igual potencial.
Para uma única carga pontual, a intensidade do campo elétrico ou gradiente de potencial será maior perto da carga, decaindo à medida que ela se afasta.
Em termos de movimento ao longo dessas linhas ou esferóides elípticos de igual potencial, qualquer movimento não requer trabalho como resultado do movimento contra o campo elétrico porque esse movimento é sempre perpendicular ao campo elétrico.
A intensidade do campo elétrico pode ser medida pela proximidade das linhas de maneira semelhante ao fato de que linhas de contorno próximas em um mapa indicam uma inclinação muito íngreme.
Foto tirada do topo das Petronas Towers em Kuala Lumpur, Malásia
Quando a intensidade do campo elétrico atinge um grau suficiente, o dielétrico entre as áreas de carga negativa e positiva pode até levar a uma quebra e a corrente fluirá entre elas, produzindo faíscas. Pequenas faíscas são relativamente comuns em casa, mas muito maiores ocorrem na forma de raios.
Os campos elétricos e a lei de Coulomb são importantes em muitos aspectos da tecnologia elétrica e eletrônica. Embora os cálculos possam não ser realizados com tanta frequência, um conhecimento básico e compreensão da tecnologia são muito importantes. Ele permite que as razões subjacentes para alguns fenômenos e elementos de itens como componentes eletrônicos sejam compreendidos de forma mais completa.
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