Campo Elétrico e Uniforme

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O que é campo elétrico?

Região do espaço modificada pela presença de uma carga elétrica, capaz de exercer forças elétricas sobre outras cargas.

Natureza da grandeza campo elétrico

Grandeza vetorial, caracterizada por intensidade (módulo), direção e sentido.

Unidade de campo elétrico no Sistema Internacional (SI)

Newton por coulomb (N/C) ou volt por metro (V/m).

Fórmula da força elétrica em função do campo elétrico

F = q * E, onde F é a força, q é a carga de prova e E é o vetor campo elétrico.

Direção e sentido da força elétrica para carga positiva (q > 0)

A força elétrica tem a mesma direção e o mesmo sentido do vetor campo elétrico.

Direção e sentido da força elétrica para carga negativa (q < 0)

A força elétrica tem a mesma direção, mas sentido oposto ao vetor campo elétrico.

Fórmula do campo elétrico gerado por carga pontual Q no vácuo

E = (k0 * |Q|) / d^2, onde k0 é a constante eletrostática, Q a carga fonte e d a distância.

Constante eletrostática no vácuo (k0)

Aproximadamente 9 x 10^9 N*m^2/C^2.

Relação entre campo elétrico e distância (d)

O campo elétrico é inversamente proporcional ao quadrado da distância em relação à carga pontual.

Sentido das linhas de força para uma carga puntiforme positiva isolada

Radiais e divergentes (apontam para fora da carga, sentido de afastamento).

Sentido das linhas de força para uma carga puntiforme negativa isolada

Radiais e convergentes (apontam para dentro da carga, sentido de aproximação).

O que são linhas de força (ou linhas de campo)?

Linhas imaginárias tangentes ao vetor campo elétrico em cada ponto, orientadas no sentido do campo.

Propriedade de cruzamento das linhas de campo elétrico

Linhas de força nunca se cruzam, pois o campo elétrico resultante em um ponto é único.

Relação entre densidade de linhas de força e intensidade do campo

Quanto mais próximas e densas forem as linhas, maior é a intensidade do campo elétrico na região.

Princípio da superposição para campos elétricos

O vetor campo elétrico resultante em um ponto é a soma vetorial dos campos individuais de cada carga.

Definição de Campo Elétrico Uniforme (CEU)

Região onde o vetor campo elétrico possui o mesmo módulo, mesma direção e mesmo sentido em todos os pontos.

Representação gráfica das linhas de campo em um CEU

Linhas retas, paralelas entre si e igualmente espaçadas.

Como obter na prática um campo elétrico uniforme?

Entre duas placas metálicas planas e paralelas com cargas de sinais opostos e mesma densidade superficial.

Fórmula da relação entre potencial (U) e campo uniforme (E)

U = E * d, onde U é a diferença de potencial elétrico e d é a distância entre dois pontos ao longo da linha.

Unidade de diferença de potencial elétrico (U ou V)

Volt (V), equivalente a Joule por coulomb (J/C).

Sentido do campo elétrico em relação ao potencial elétrico

O campo elétrico sempre aponta no sentido do maior potencial para o menor potencial elétrico.

O que são superfícies equipotenciais?

Superfícies cujos pontos apresentam todos o mesmo valor de potencial elétrico.

Ângulo entre superfícies equipotenciais e linhas de campo

São sempre perpendiculares (formam um ângulo de 90 graus entre si).

Formato das superfícies equipotenciais em um CEU

Planos paralelos entre si e perpendiculares às linhas de força.

Formato das superfícies equipotenciais de uma carga pontual

Esferas concêntricas centradas na carga elétrica.

Trabalho da força elétrica ao longo de uma superfície equipotencial

O trabalho é nulo, pois não há variação de potencial elétrico (delta V = 0).

Fórmula do trabalho da força elétrica (W)

W = q * (VA - VB) ou W = q * U, onde VA - VB é a diferença de potencial.

Natureza conservativa da força eletrostática

O trabalho realizado pela força elétrica não depende da trajetória percorrida, apenas dos pontos inicial e final.

Aceleração de uma partícula com carga q e massa m em um CEU

a = (q * E) / m, derivada da segunda lei de Newton (F = m * a = q * E).

Trajetória de carga lançada paralelamente às linhas de um CEU

Movimento retilíneo uniformemente variado (MRUV), acelerado ou retardado.

Trajetória de carga lançada perpendicularmente às linhas de um CEU

Trajetória parabólica, similar ao lançamento horizontal na gravidade.

Campo elétrico no interior de um condutor em equilíbrio eletrostático

É nulo (E = 0) em qualquer ponto de seu interior.

O que é a blindagem eletrostática (Gaiola de Faraday)?

Fenômeno em que o interior oco de um condutor fica protegido de campos elétricos externos (campo nulo).

Onde se localiza o excesso de carga em um condutor eletrizado?

Distribui-se exclusivamente na superfície externa do condutor.

Direção do campo elétrico próximo à superfície de um condutor

É perpendicular à superfície externa em todos os pontos.

Poder das pontas em eletrostática

Maior concentração de cargas e maior intensidade do campo elétrico em regiões pontiagudas de condutores.

Fórmula da energia potencial elétrica em um CEU

Epot = q * E * d, adotando-se um ponto de referência para d.

Relação entre trabalho elétrico e energia potencial elétrica

W = - delta Epot (o trabalho realizado pelo campo elétrico reduz a energia potencial).

Rigidez dielétrica de um meio

Valor máximo do campo elétrico suportado por um isolante antes de se tornar condutor por ionização.

Permissividade elétrica do vácuo (epsilon 0)

Constante relacionada a k0 pela fórmula k0 = 1 / (4 * pi * epsilon 0), cerca de 8,85 x 10^-12 C^2/(N*m^2).

Fórmula do campo elétrico entre placas planas infinitas por densidade superficial (sigma)

E = sigma / epsilon, onde sigma é a densidade superficial de carga.

Definição de densidade superficial de carga (sigma)

Razão entre a carga total distribuída e a área da placa (sigma = Q / A).

Movimento espontâneo de cargas positivas livres

Movem-se espontaneamente no sentido das linhas de campo, em direção a potenciais mais baixos.

Movimento espontâneo de cargas negativas livres

Movem-se espontaneamente contra as linhas de campo, em direção a potenciais mais altos.

Comportamento da energia potencial elétrica em movimentos espontâneos

Cargas livres abandonadas em repouso sempre se movem no sentido de diminuir sua energia potencial elétrica.

O que é um dipolo elétrico?

Par de cargas pontuais com mesma magnitude, porém sinais opostos, separadas por pequena distância.

Comportamento de um dipolo elétrico em um CEU

A força resultante é nula, mas sofre um torque que tende a alinhá-lo com as linhas do campo elétrico.

Fórmula do torque sobre um dipolo em campo elétrico

Tau = p * E * sen(theta), onde p é o momento de dipolo elétrico e theta o ângulo com o campo.

Definição de carga de prova

Carga pontual de valor muito pequeno usada para mapear o campo elétrico sem alterar as cargas fontes.

Potencial elétrico no interior de um condutor em equilíbrio

Constante e igual ao potencial de sua superfície externa.

Diferença entre intensidade do campo e força elétrica

O campo elétrico é propriedade do espaço ao redor da fonte; a força depende também da carga nele colocada.

Efeito da distância entre placas na ddp (mantendo o CEU constante)

Quanto maior a distância d entre as placas, maior a ddp (U) acumulada entre elas (U = E * d).