No começo, o conceito de campo pode parecer um pouco abstrato. O que é essa coisa misteriosa e invisível preenchendo o espaço? Pode parecer algo da ficção científica!

Mas um campo é realmente apenas uma construção matemática, ou uma maneira de atribuir um vetor a todas as regiões do espaço, o que dá uma indicação de quão forte ou fraco é um efeito está em cada ponto.
Definição de campo elétrico

Assim como objetos com massa criam um campo gravitacional, objetos com carga elétrica criam campos elétricos. O valor do campo em qualquer ponto fornece informações sobre o que acontecerá com outro objeto quando colocado lá. No caso do campo gravitacional, fornece informações sobre a força gravitacional que outra massa sentirá.

Um campo elétrico é um campo vetorial que atribui a cada ponto do espaço um vetor indicando a força eletrostática por unidade de carga naquele local. . Qualquer item com carga gera um campo elétrico.

As unidades SI associadas ao campo elétrico são Newtons por Coulomb (N /C). E a magnitude do campo elétrico devido a uma carga de fonte pontual Q
é dada por:
E \u003d \\ frac {kQ} {r ^ 2}

Onde r
é a distância da carga Q
e da constante de Coulomb k
\u003d 8,99 × 10 ^{9 Nm 2 /C 2.}

Por convenção, a direção do campo elétrico aponta radialmente para longe de cargas positivas e em direção a cargas negativas. Outra maneira de pensar é que ela sempre aponta na direção em que uma carga de teste positiva se moveria se colocada lá.

Como o campo é a força por unidade de carga, então a força na carga de teste pontual q
em um campo E
seria simplesmente o produto de q
e E
:
F \u003d qE \u003d \\ frac {kQq} {r ^ 2}

Qual é o mesmo resultado dado pela Lei de Coulomb para força elétrica.

O campo em qualquer ponto devido a múltiplas cargas de fonte ou a uma distribuição de carga é a soma vetorial do campo devido a cada das cobranças individualmente. Por exemplo, se o campo produzido pela carga de origem Q _{1 sozinho em um determinado ponto for 3 N /C à direita, e o campo produzido por uma carga de origem Q 2
sozinho no mesmo ponto é 2 N /C à esquerda, então o campo nesse ponto devido a ambas as cobranças seria 3 N /C - 2 N /C \u003d 1 N /C à direita.
Linhas de campo elétrico}

Frequentemente, os campos elétricos são representados com linhas contínuas no espaço. Os vetores de campo são tangentes às linhas de campo em um determinado ponto, e essas linhas indicam o caminho que uma carga positiva percorreria se fosse permitido que se movesse livremente no campo.

A intensidade do campo ou a intensidade do campo elétrico são indicadas pelo espaçamento das linhas. O campo é mais forte em locais onde as linhas de campo estão mais próximas e mais fracas onde estão mais espalhadas. As linhas de campo elétrico associadas a uma carga pontual positiva são parecidas com as seguintes:

(inserir imagem do campo de carga pontual positiva)

As linhas de campo de um dipolo se assemelham às de uma carga pontual no bordas externas de um dipolo, mas são muito diferentes no meio:

(inserir imagem do campo dipolo)
As linhas de campo elétrico podem se cruzar?

Para responder a essa pergunta, considere o que aconteceria se as linhas de campo cruzaram.

Como mencionado anteriormente, os vetores de campo são sempre tangentes às linhas de campo. Se duas linhas de campo se cruzarem, no ponto de interseção, haverá dois vetores de campo diferentes, cada um apontando em uma direção diferente.

Mas não pode ser. Você não pode ter dois vetores de campo diferentes no mesmo ponto no espaço. Isso sugere que uma carga positiva colocada nesse local viajaria de alguma maneira em mais de uma direção!

Portanto, a resposta é não, as linhas de campo não podem se cruzar.
Campos e condutores elétricos

Em um condutor, os elétrons são livres para se mover. Se um campo elétrico estiver presente dentro de um condutor, essas cargas se moverão devido à força elétrica. Observe que uma vez que eles se movem, essa redistribuição de cargas começará a contribuir para o campo líquido.

Os elétrons continuarão se movendo enquanto existir um campo diferente de zero no condutor. Por isso, eles se movem até se distribuírem de forma a cancelar o campo interior.

Por uma razão semelhante, qualquer carga líquida colocada em um condutor sempre fica na superfície do condutor. Isso ocorre porque cargas iguais se repelem, distribuindo-se uniformemente o mais uniformemente e o mais longe possível, cada uma contribuindo para o campo interior líquido de forma que seus efeitos se anulem.

Portanto, sob condições estáticas, o o campo dentro de um condutor é sempre zero.

Essa propriedade de condutores permite blindagem elétrica. Ou seja, como elétrons livres em um condutor sempre se distribuem para que cancelem o campo interno, qualquer coisa contida em uma malha condutora será protegida contra forças elétricas externas.

Observe que as linhas de campo elétrico sempre entram e deixe a superfície de um condutor perpendicularmente. Isso ocorre porque qualquer componente paralelo do campo faria com que elétrons livres na superfície se movessem, o que eles farão até que não haja mais campo líquido nessa direção.
Exemplos de campos elétricos

Exemplo 1: O que o campo elétrico está a meio caminho entre uma carga de +6 μC e uma carga de +4 μC, separada por 10 cm? Que força sentiria uma carga de teste de +2 μC nesse local?

Comece escolhendo um sistema de coordenadas em que o eixo x
positivo aponte para a direita e deixe a carga de +6 μC esteja na origem enquanto a carga de +4 μC estiver em x
\u003d 10 cm. O campo elétrico líquido será a soma vetorial do campo devido à carga de +6 μC (que apontará para a direita) e o campo devido à carga de +4 μC (que apontará para a esquerda):
E \u003d \\ frac {(8,99 \\ vezes 10 ^ 9) (6 \\ vezes 10 ^ {- 6})} {0,05 ^ 2} - \\ frac {(8,99 \\ vezes 10 ^ 9) (4 \\ vezes 10 ^ {- 6 })} {0,05 ^ 2} \u003d 7,19 \\ times10 ^ 6 \\ text {N /C}

A força elétrica sentida pela carga de +2 μC é então:
F \u003d qE \u003d (2 \\ times10 ^ { -6}) (7,19 \\ times10 ^ 6) \u003d 14,4 \\ text {N}

Exemplo 2: Uma carga de 0,3 μC está na origem e uma carga de -0,5 μC é colocada em x \u003d 10 cm. Encontre um local em que o campo elétrico líquido seja 0.

Primeiro, você pode usar o raciocínio para determinar que ele não pode estar entre as duas cargas, porque o campo líquido entre elas sempre será seja diferente de zero e apontando para a direita. Também não pode estar à direita da carga de -,5 μC, porque o campo líquido seria à esquerda e diferente de zero. Portanto, deve estar à esquerda da carga de 0,3 μC.

Deixe d
\u003d distância à esquerda da carga de 0,3 μC, onde o campo é 0. O a expressão para o campo líquido em d
é:
E \u003d - \\ frac {k (0,3 \\ text {μC})} {d ^ 2} + \\ frac {k (0,5 \\ text {μC })} {(d + .1) ^ 2} \u003d 0

Agora você resolve d, primeiro cancelando o _k'_s:
- \\ frac {0.3 \\ text {μC }} {d ^ 2} + \\ frac {0,5 \\ text {μC}} {(d + .1) ^ 2} \u003d 0

Então você se multiplica para se livrar dos denominadores, simplifica e faz uma fórmula quadrática:
5d ^ 2 - 3 (0,1 + d) ^ 2 \u003d 2d ^ 2 - 0,6d - 0,03 \u003d 0

Resolver a quadrática resulta em d
\u003d 0,34 m.

Portanto, a o campo líquido é zero em um local 0,34 m à esquerda da carga de 0,3 μC.