O que é um campo elétrico?
A carga é uma propriedade de uma partícula e pode ser positiva ou negativa. Por exemplo, um elétron tem uma carga de 1,6 x 10 ^ -19 coulombs negativos. Coulomb é a unidade responsável. As cargas criam campos elétricos, e o campo elétrico criado por uma carga fará com que outras cargas próximas sintam uma força: cargas opostas se atraem e cargas semelhantes se repelem.
Um campo elétrico é a força elétrica por unidade de carga. Ou em outras palavras, é a força que sentiria uma carga de teste positiva de 1 coulomb. Uma carga de teste é apenas uma carga que você usa para fazer um teste, um experimento. Em outras palavras, para descobrir a intensidade do campo elétrico em um local, tudo o que você precisa fazer é pegar uma carga de +1 coulomb, colocá-la nessa posição e medir a força que ela sente. O campo elétrico é medido em newtons por coulomb (N / C).
Os campos elétricos podem ser representados em diagrama usando linhas de campo elétrico ou vetores de campo elétrico. Por exemplo, o campo elétrico em torno de uma carga de ponto positivo se parece com isso.
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Os vetores indicam a força do campo no ponto onde a seta começa. Quanto mais longa a flecha, mais forte é o campo. Com as linhas de campo elétrico, quanto mais próximas as linhas estão, mais forte é o campo. Observe que as linhas e setas apontam para longe da carga positiva – isso ocorre porque uma carga de teste positiva seria repelida, seria empurrada para longe dessa carga positiva.
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Aqui estão os vetores de campo e linhas para uma carga negativa. Eles parecem semelhantes, mas as setas apontam para a carga negativa. Isso porque uma carga positiva seria atraída por ele.
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Campo Elétrico e Movimento
Uma coisa importante a ter em atenção é não confundir campos elétricos com o movimento de cargas. Se eu liberar uma carga de teste positiva do repouso em uma posição, a carga realmente seguirá as linhas do campo elétrico. Mas o que as linhas de campo realmente dizem é a força que a carga está sentindo. Com uma velocidade inicial de zero, qualquer objeto se moverá na direção de uma força. Mas nem sempre é esse o caso.
Por exemplo, se sua carga de teste positiva está se movendo para o norte e você entrar em um campo apontando para o oeste, a carga fará uma curva em um círculo vagamente nordeste. Eventualmente, ele seguirá as linhas de campo e se moverá para o oeste, mas no início ele poderia ir em qualquer direção dependendo de sua velocidade inicial.
Uma rede de força aplicada a um objeto cria uma aceleração. Portanto, as linhas de campo apenas dizem para qual direção a força (e, portanto, o vetor de aceleração) estão apontados.
Equação
Existem duas equações principais para o campo elétrico. Uma é a definição geral, que diz que é a força por unidade de carga. Aqui, E é a intensidade do campo elétrico em newtons por coulomb, F é a força na carga q medida em newtons eq é a carga que você está colocando no campo, medida em coulombs. Então, se você colocar uma carga de +2 coulomb em um campo em vez da carga de +1 coulomb, ela sentirá o dobro da força.
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A segunda equação informa o campo elétrico que a própria carga pontual cria. Uma carga q criará seu próprio campo elétrico. E a intensidade do campo elétrico será mais forte quanto mais perto você estiver dele. Nesta equação, E é a intensidade do campo elétrico novamente, q é o tamanho da carga que cria o campo desta vez, épsilon-zero é uma constante que é sempre igual a 8,85 x 10 ^ -12 e r é a distância que você está longe dessa carga q .
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Então, usando a segunda equação, podemos descobrir o que as cargas de campo elétrico criam. E podemos usar a primeira equação para descobrir a força que uma segunda carga sentirá quando colocada dentro desse campo elétrico, ou de qualquer campo elétrico.
Cálculo de exemplo
Ok, vamos ver um exemplo. A carga tem uma magnitude de 3 x 10 ^ -19 coulombs e cria um campo magnético E . Qual seria a intensidade do campo elétrico a uma distância de 5 x 10 ^ -6 metros da carga A? E se você colocasse a carga B (5 x 10 ^ -19 coulombs) nesta posição, que força sentiria?
Em primeiro lugar, devemos escrever o que sabemos. A carga de A, qA é igual a 3 x 10 ^ -19, o raio (ou distância) r da carga é 5 x 10 ^ -6 e a carga B, qB é igual a 5 x 10 ^ -19. Também sabemos que épsilon-zero é sempre 8,85 x 10 ^ -12.
A primeira pergunta nos pede para encontrar o campo naquele ponto. Então, para isso, precisamos usar a segunda equação do campo elétrico. Conecte seus números e resolva, e obteremos uma intensidade de campo de 108 N / C.
Agora precisamos da carga de força que B sentiria no mesmo local. Para isso, usamos a primeira equação. Usamos o valor da carga B e a intensidade do campo de 108 da parte anterior. Conecte os números e resolva para F , e obteremos 5,4 x 10 ^ -17 newtons.
E é isso – nós temos nossas respostas.
Resumo da lição
Um campo elétrico é a força elétrica por unidade de carga. Ou em outras palavras, é a força que sentiria uma carga de teste positiva de 1 coulomb. Para descobrir a intensidade do campo elétrico em um local, tudo o que você precisa fazer é pegar uma carga coulomb de +1, colocá-la naquele local e medir a força que sente. O campo elétrico é medido em newtons por coulomb (N / C).
Os campos elétricos podem ser representados em diagrama usando linhas de campo elétrico ou vetores de campo elétrico. Por exemplo, o campo elétrico em torno de uma carga de ponto positivo se parece com isso. E o campo elétrico em torno de uma carga de ponto negativo se parece com isso. Isso mostra a direção da força que sentiria uma carga de teste positiva. Com linhas de campo, mais perto significa mais forte. Para vetores de campo, mais longo significa mais forte.
Uma coisa importante a ter em atenção é não confundir campos elétricos com o movimento de cargas. O que as linhas de campo realmente dizem é a força que uma carga está sentindo e, portanto, a aceleração que ela sofrerá. O movimento exato dependeria do movimento inicial, no entanto – se já estava em movimento, ou em repouso, etc.
Existem duas equações principais para o campo elétrico. Uma é a definição geral, que diz que é a força por unidade de carga. Aqui, E é a intensidade do campo elétrico em newtons por coulomb, F é a força na carga q medida em newtons eq é a carga que você está colocando no campo, medida em coulombs.
A segunda equação informa o campo elétrico que a própria carga pontual cria. Uma carga q criará seu próprio campo elétrico. E a intensidade do campo elétrico será mais forte quanto mais perto você estiver dele. Nesta equação, E é a intensidade do campo elétrico novamente, q é o tamanho da carga que cria o campo desta vez, épsilon-zero é uma constante que é sempre igual a 8,85 x 10 ^ -12 e r é a distância que você está longe dessa carga q .
Resultados de Aprendizagem
Depois de terminar esta lição, você será capaz de:
- Explique o que são campos elétricos e como eles são criados
- Lembre-se do que é um vetor
- Recite as duas equações para calcular os campos elétricos
- Calcule o valor de um campo elétrico geral ou o campo elétrico que uma carga pontual cria