O campo elétrico é um conceito físico vetorial utilizado para entender a influência que uma carga geradora exerce sobre cargas que estão ao seu redor. Isso pode ser mensurado por meio da força elétrica, que também é uma grandeza com intensidade, direção e sentido.
Acompanhe este resumo para saber mais sobre o campo elétrico, quais fórmulas são determinadas para este assunto, qual a implicação de um campo sobre as outras cargas e como utilizar essas informações para resolver questões de vestibular. Vamos lá?
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Conceito de campo elétrico
De forma simplificada, o campo elétrico é o espaço em que as unidades de carga podem exercer influência sobre outras cargas que adentrem aquele ambiente. Cada unidade de carga distribui essa grandeza vetorial em uma direção e sentido, por isso, ao considerarmos uma carga elétrica de dimensões desprezíveis, adota-se que o campo elétrico é tem uma direção e sentido radial (em todas as direções e sentidos, como raios de um círculo).
Na figura, você pode observar que cargas elétricas positivas tem uma característica de campo de afastamento. Ou seja, suas setas apontam para fora, a partir do centro da carga. No caso da carga elétrica negativa, os vetores apontam para a região interna, em direção ao centro da carga. Por fim, a última representação indica uma carga neutra, que não é capaz de gerar campo elétrico.
Fórmulas de campo elétrico
Para calcular um campo elétrico, leva-se em consideração a intensidade da carga em questão. Afinal, quanto maior for esse valor, maior será a influência sobre o meio. Além disso, a distância entre o ponto observado e a carga elétrica também devem ser consideradas, porque quanto mais longe da carga, menos ela consegue interferir no sistema. A partir dessas informações foi criada a fórmula:
Ē = ko.Q/ d2
Ē: módulo do campo elétrico, em V/m ou N/C
ko = constante eletrostática no vácuo = 8,99.109 N.m²/C²
Q = intensidade da carga pontual em questão, medida em C
d = distância entre o centro da carga e o ponto observado, em metros
Por exemplo, no caso de uma carga que tenha uma intensidade de 20 C, o campo elétrico a uma distância de 2 metros seria?
Ē = ko.Q/ d2
Ē = 8,99.109.20/4
Ē = 8,99.109.5
Ē = 44,95.109 N/C
Relação entre campo e força elétrica
A força elétrica é gerada em um ambiente no qual atua um campo elétrico. Nesse caso, é necessária a presença de pelo menos duas cargas elétricas, que vão interagir entre si, seja para repelir ou para atrair uma a outra.
Em termos gerais, os vetores de campo elétrico geram uma resultante e essa é a direção e sentido da força elétrica. Nos casos em que a resultante dos vetores seja um valor nulo, observa-se que não existirá força elétrica, porque a interação anula o efeito tanto de uma carga, como da outra.
Considere que, em um meio, existe a carga gerada de campo elétrico Q, que vai interagir com uma outra carga elétrica q, também chamada de carga de prova. A equação que traduz a intensidade de campo elétrico nesse ponto é:
Ē = F/q
Ē: campo elétrico, em N/C ou V/m
F: força elétrica, medida em newtons (N)
q: carga elétrica de prova, em coulomb (C)
Essa mesma fórmula pode ser utilizada para encontrar o valor da força elétrica, basta alterar a configuração da equação. Perceba que a intensidade do campo elétrico e da carga elétrica determinam a intensidade da força elétrica exercida naquela região.
Vamos considerar que, no vácuo, para a mesma carga Q de intensidade 20 C, a uma distância de 1m, está uma carga de prova com q = 5 C. Qual seria a força elétrica nesse ponto?
Primeiramente, é necessário descobrir qual a intensidade do campo elétrico no ponto em questão:
Ē = ko.Q/ d2
Ē = 8,99.109.20/1
Ē = 8,99.109.20
Ē = 1,798.1011
Agora, utilizamos essa informação para mensurar a força elétrica, com a segunda fórmula fornecida:
Ē = F/q
1,798.1011 = F/5
1,798.1011.5 = F
8,99.1011 = F
Atração e repulsão entre cargas
Os campos elétricos se comportam de maneiras diferentes, a depender do tipo de carga adicionada em questão. Esse comportamento pode ser resumido com a frase “iguais se repelem, diferente se atraem”.
Assim, quando duas cargas elétricas positivas são colocadas próximas, as duas possuem um campo radial com sentido para fora. Na interação, por terem cargas de mesmo sinal, os vetores de força afastam-se um dos outros.
O mesmo acontece quando duas cargas negativas estão no mesmo ambiente e seus vetores radiais para dentro se repelem, como você observar nas imagens a seguir. Note que os traçados em preto também podem ser chamados de linhas de força, e o campo elétrico é uma grandeza tangente a essas linhas.
Imagem: Reprodução/Wikimedia
Imagem: Reprodução/Wikimedia
Ao mesmo tempo, a interação entre duas cargas de sinais opostos induz uma atração mútua entre as duas entidades físicas. Em termos vetoriais, é como se um vetor fosse de encontro ao outro, formando linhas contínuas, como está representado a seguir.
Imagem: Reprodução/Wikimedia
+ Veja também: Eletrodinâmica: o que é, conceitos, fórmulas e aplicações
Processos de eletrização na Física: definição, cargas, tipos e mais
Eletricidade: conheça as principais fórmulas e conceitos
Questões sobre campo elétrico
(FATEC-SP/Adaptada) Em um ponto P do espaço existe um campo elétrico E horizontal de
intensidade E = 5.104N/C, voltado para a direita.
a) Se uma carga de prova de 1,5μC, positiva, é colocada em P, qual será o valor da força elétrica que atua sobre ela?
Podemos utilizar a fórmula de força, uma vez que todas as informações a respeito de intensidade e carga já foram anotadas. É importante também lembrar das ordens de grandeza, para substituir μ (micro) pelo valor correto (10-6).
Ē = F/q
Ē.q = F
5.104.1,5.10-6 = F
7,5.10-2 N = F
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