Campos de força na vida real
Outro dia, eu estava assistindo a um filme de ficção científica em que uma estação espacial era cercada por um campo de força invisível que a protegia de ataques. Esta seria uma ótima invenção para ter na vida real, mas todos nós sabemos que os campos de força não existem realmente, certo? Bem, talvez não os fortes o suficiente para proteger uma estação espacial, mas eles não são tão rebuscados quando encolhemos ao nível atômico. Você vê, partículas eletricamente carregadas, como prótons e elétrons, de fato têm campos de força invisíveis ao seu redor. Nesta lição, vamos falar sobre esses campos e a maneira como os cientistas usam diagramas para representá-los.
Compreendendo a força elétrica
Antes de falarmos sobre campos de força elétrica, precisamos revisar algumas das características da força elétrica. Todas as partículas carregadas eletricamente exercem uma força sobre outras partículas carregadas. Se as duas partículas tiverem o mesmo tipo de carga, como dois elétrons, a força será repulsiva e tentará separá-los. Por outro lado, se as duas partículas têm cargas opostas, como um próton e um elétron, então a força será atrativa e tentará juntar as partículas.
A intensidade da força depende muito da distância entre as partículas carregadas. A força é muito fraca quando as partículas estão distantes, mas fica muito mais forte à medida que se aproximam. Outra coisa a observar é que a força atua igualmente em todas as direções, por isso usamos o termo campo . Um campo de força elétrica é apenas o espaço ao redor de uma partícula carregada, onde uma força será experimentada por outras partículas carregadas.
Diagramas de campo elétrico
Os cientistas costumam usar diagramas para nos ajudar a visualizar conceitos que não podemos realmente ver. Para fazer o diagrama de um campo de força elétrica, começamos com um círculo que representa nossa partícula carregada. Em seguida, precisamos de uma maneira de representar a força que nossa partícula exerce sobre outras partículas. O problema que encontramos é que nossa partícula pode repelir ou atrair outras partículas, dependendo se elas têm cargas semelhantes ou opostas. Para mostrar esses dois cenários, usamos dois diagramas separados, um com as setas apontando para fora do círculo e o outro com as setas apontando para dentro. As setas são chamadas de linhas de campo e simplesmente indicam se a partícula está repelindo ou atraindo.
Agora, e se quiséssemos que um desses diagramas representasse um próton? Neste ponto, não temos informações suficientes para decidir, porque um próton pode exercer uma força de repulsão ou atração dependendo do tipo de carga da outra partícula. Os cientistas reconheceram esse problema, então criaram uma regra que todos seguiriam ao desenhar diagramas de campo elétrico. Essa regra afirmava que as linhas de campo sempre apontam na direção da força experimentada por uma partícula carregada positivamente colocada no campo. Parece confuso no início, mas na verdade é bem simples quando o desenhamos. Voltemos aos nossos dois diagramas de forças de repulsão e atração. Qual deles representaria um próton? Sabemos que os prótons repelem outros objetos carregados positivamente, então as linhas de campo apontariam para longe. Por outro lado, um elétron atrairia um objeto carregado positivamente, de modo que as linhas de campo apontariam para dentro. Embora seja bom conhecer a regra, você pode pular direto para a conclusão de que se vir um diagrama com as linhas de campo apontando, ele sempre representa um partícula carregada. Da mesma forma, as linhas de campo apontando sempre representam uma partícula carregada negativamente.
Com toda essa conversa sobre a direção da linha de campo, aposto que você nem percebeu que nosso diagrama também nos diz algo sobre a força da força. Observe o espaçamento das linhas de campo. Perto da partícula, as linhas começam bem próximas, o que indica que a força é muito forte. À medida que nos movemos para fora, as linhas se afastam mais, indicando que a força é mais fraca. Isso é exatamente o que aprendemos antes, que a força entre as partículas é mais forte quando as partículas estão próximas umas das outras e fica mais fraca à medida que se separam.
Resumo da lição
Para resumir, todas as partículas eletricamente carregadas exercem uma força sobre outras partículas eletricamente carregadas. Cargas opostas se atraem, enquanto cargas semelhantes se repelem. A força entre as partículas carregadas depende muito da distância entre elas. A força aumenta conforme a distância entre as partículas diminui. A força que uma partícula carregada exerce sobre outras partículas carregadas é igual em todas as direções.
Um campo de força elétrica é o espaço ao redor de uma partícula carregada onde outras partículas carregadas experimentarão uma força. Os cientistas usam diagramas para representar o campo de força elétrica em torno de uma partícula carregada. Quando as linhas de campo apontam para longe da partícula, o diagrama representa uma carga positiva. Quando as linhas de campo apontam para a partícula, o diagrama representa uma carga negativa. Finalmente, o espaçamento das linhas de campo representa a força do campo, que é mais forte perto da partícula e se torna mais fraco à distância.
Resultado de aprendizagem
Ao trabalhar esta lição, você deve ser capaz de:
- Identifique partículas eletricamente carregadas como força positiva ou negativa
- Simbolize esta força com setas apontando para dentro ou para fora
- Explique que a força é mais forte quanto mais perto as partículas estão