Grandeza que mede a interação entre cargas elétricas
O campo elétrico é definido como uma grandeza vetorial (possui sentido, direção e módulo) utilizado para medir as interações entre cargas elétricas, que podem ser de atração ou repulsão. Em outras palavras, esse campo é uma espécie de força gerada ao redor das cargas elétricas.
Um típico exemplo de interação acontece quando encostamos o braço na tela de uma televisão recém-desligada e os pelos ficam arrepiados. Esse fenômeno acontece porque os circuitos elétricos internos da televisão geram uma alta tensão para o seu funcionamento, a qual é aplicada internamente, bem próximo da tela.
Isso faz com que o campo elétrico formado pela alta tensão atraia corpos não polarizados, no caso os pelos do braço. Sabe-se também que o campo é identificado a partir da interação com uma carga de prova. A ausência de iterações implica em dizer que não existe campo naquele local.
Como calcular o campo elétrico?
Como já dito, o campo elétrico é dotado de grandeza vetorial. Em função disso, o vetor do campo, gerado a partir das forças de interação, depende apenas do sinal da carga elétrica.
A exemplificação pode ser feita a partir de uma carga de prova, isto é, uma carga elétrica colocada em um dado ponto do campo para comprovar a sua existência. Se o campo e a carga tiverem o mesmo sinal, serão repulsados. Mas se os sinais forem contrários, irão se atrair.
O cálculo do campo de uma carga puntiforme, localizada em um corpo de dimensões desprezível, é calculado por meio da fórmula:
E = K0.Q/ d²
Sendo,
E: campo elétrico [N/C ou V/m]
Q: carga geradora do campo elétrico, em Coulomb (C)
k0: constante eletrostática do vácuo (8,99.109 N.m²/C²)
d: distância do ponto até a carga geradora
A partir da razão entre a força elétrica e carga de prova é possível calcular a intensidade do campo elétrico:
E = F/q
Sendo,
E: campo elétrico
F: força elétrica
q: carga elétrica
Propriedades do vetor
A força elétrica e vetor do campo elétrico possuem algumas propriedades:
• Em módulo, F=|q|.E
• Apresentam a mesma direção;
• Apresentam sentidos iguais quando a carga de prova é positiva (q > 0);
• Apresentam sentidos opostos quando a carga sinal é negativa (q < 0);
• O vetor campo se afasta na medida que a carga geradora do campo é positiva (Q > 0);
• O vetor campo se aproxima na medida que carga geradora do campo é negativa (Q < 0);
Linhas de força
As linhas de força, também chamadas de linhas de fluxo, são formas gráficas de visualização do campo elétrico. Essas linhas possuem orientações tangentes que apontam a direção e o sentido do campo. Quanto mais próximo essas linhas do campo, maior a intensidade, bem como mais distantes, menor a intensidade.
Observe na imagem abaixo a ação das forças atrativa e repulsiva entre cargas elétricas iguais, mas com sinais contrários (dipolos elétricos):
Demonstração das linhas de força em um campo elétrico. (Foto: Wikipédia)
Sobre essas linhas ainda é possível afirmar que:
• Próximo de uma carga pontual positiva saem linhas de todas as direções e perto de uma carga negativa entram linhas em todas as direções;
• Duas linhas de campo não podem se cruzar. Caso isso acontecesse, no ponto cruzamento haveriam duas direções diferentes, o que é impossível.
Lei de Coulomb
A Lei de Coulomb, criada por Charles Augustin de Coulomb, é responsável pelo estudo sobre as interações eletrostáticas de partículas eletricamente carregadas. Em seus experimentos constatou que:
“A força de ação mútua entre dois corpos carregados tem a direção da linha que une os corpos e sua intensidade é diretamente proporcional ao produto das cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância que as separa”.
A lei é expressa pela fórmula:
F = K0. q1.q2/d²
Sendo,
F: força eletrostática, em Newtons (N)
K: constante eletrostática no vácuo (9 x 109 Nm² /C²)
q1 e q2: cargas elétricas, em Coulombs (C)
d: distância entre as cargas, em metros (m)
Em síntese, essa teoria sustenta que surge uma força de interação entre cargas elétricas que possuem sinais contrários. Da mesma forma que a força será de repulsão quando as cargas tiverem sinais iguais.