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Eletricidade e Magnetismo - Física - 4 de janeiro de 2022

Campos Elétricos – Eletromagnetismo

Os campos elétricos produzem um efeito quando não ocorre contato físico na interação entre os objetos por agir através do espaço. Michael Faraday (1791-1867) desenvolveu o conceito de campo no contexto das forças elétricas.

Neste contexto, um campo elétrico existe na região de espaço em torno de um objeto carregado, a carga fonte. Quando outro objeto carregado, a carga teste, entre neste campo elétrico, uma força elétrica atua sobre ele. Igualmente demonstrado na imagem abaixo, uma pequena carga teste positiva q_0 colocada no ponto P está próxima ao objeto de carga positiva muito maior Q.

A pequena carga teste q0 positiva, colocada no ponto P está próximo ao objeto Q contendo uma carga positiva muito maior. A q0 experimenta um campo elétrico no ponto P estabelecido pela carga de origem Q. Vamos sempre supor que a carga teste é tão pequena que o campo da carga de origem não é afetado por sua presença.

Sempre consideraremos que a carga teste é tão pequena, que o campo da carga de origem não é afetado por sua presença.

O campo elétrico define-se quando existe na região de espaço em torno de um objeto carregado, a carga fonte. Uma carga teste entra neste campo elétrico onde uma força elétrica atua sobre a carga teste, ou seja, o vetor campo elétrico \vec{E} num ponto no espaço é definido como força elétrica \vec{F}_e agindo sobre uma carga teste q_0.

\vec{E} \equiv \frac{\vec{F}_e}{q_0}

O vetor \vec{E} tem unidades no SI de newtons por coulomb (N/C). Observe que o campo elétrico é o campo produzido por uma carga, ou produzido por distribuição de carga separada da carga teste. Não é o campo produzido pela própria carga teste. Note também que a presença da carga teste não é necessária para o campo existir, já que a existência de um campo elétrico é uma propriedade de sua fonte.

A carga teste funciona para revelar o campo elétrico, ou melhor, um detector, já que um campo elétrico existe em um ponto se uma carga teste nesse momento experimenta uma força elétrica. A partir de então, conhecido o campo elétrico em algum momento, a força sobre qualquer partícula com carga q pode ser calculada:

\vec{F}_e=q\vec{E}

Movimento de Partículas

Considere uma carga pontual q localizada a uma distância r de uma partícula de teste com carga q_0. A Lei de Coulomb determina que a força exercia sobre a partícula de teste pela carga q é:

\vec{F}_e=k_e \frac{qq_0}{r^2}\hat{r}

onde \hat{r} é um vetor unitário dirigido de q para q_0; de acordo com a ilustração abaixo, a força é direcionada para longe da carga fonte q.

Como o campo elétrico no ponto P, a posição da carga teste, é definido por \vec{E} \equiv \frac{\vec{F}_e}{q_0}, descobrimos que em P, o campo elétrico criado por q é:

\vec{E}=k_e\frac{q}{r^2}\hat{r}

Se a carga q é positiva, a ilustração a seguir mostra a situação com a carga teste removida. A carga entrão cria um campo elétrico no ponto P direcionado para longe de q.