Definição
Um campo elétrico é a força que preenche o espaço em torno de cada carga elétrica ou grupo de cargas. Os campos elétricos são causados por forças elétricas. As forças elétricas são semelhantes às forças gravitacionais, pois agem entre coisas que não estão em contato umas com as outras. Os campos elétricos também são análogos aos campos magnéticos resultantes de forças que atuam sobre substâncias magnéticas ou pólos magnéticos. As ondas eletromagnéticas têm um campo elétrico e um campo magnético que são acoplados um ao outro. Matematicamente, a magnitude (ou a força) de um campo elétrico em qualquer ponto é definida pela força experimentada pela carga naquele ponto dividida pela carga. Este conceito é escrito matematicamente como E = F / q. A intensidade do campo elétrico é medida em unidades de newtons / coulomb. Os campos elétricos são estáticos ou dinâmicos.
Campos Elétricos Estáticos
Os campos elétricos estáticos, ou campos eletrostáticos , são produzidos por cargas estacionárias e são desacoplados aos campos magnéticos. Você pode ter experimentado o mesmo fenômeno quando as peças de roupa grudam umas nas outras durante a remoção da secadora. Os relâmpagos também são causados por um campo elétrico estático muito forte entre uma nuvem e a Terra.
O campo elétrico tem uma direção clara e intensidade específica em cada ponto do campo. Isso se deve ao fato de que a força exercida sobre qualquer carga particular varia em magnitude e direção de ponto a ponto dentro do campo. Os campos elétricos são representados por linhas da mesma forma que os campos magnéticos.
Esta imagem mostra os campos elétricos em torno de cargas positivas e negativas isoladas, duas cargas diferentes (uma positiva e uma negativa) e duas cargas semelhantes (ambas positivas). As setas nas linhas mostram a direção em que as forças elétricas atuam. A separação entre as linhas indica a intensidade do campo elétrico. Como é de se esperar, quanto mais nos distanciamos das cargas, mais fraca é a intensidade do campo elétrico. Você também pode ver, assim como com os campos magnéticos, ao contrário de cargas elétricas que se atraem e cargas semelhantes se repelem. As linhas de campo elétrico em torno de uma partícula carregada positivamente apontam radialmente para fora, e as linhas em torno de uma partícula carregada negativamente apontam radialmente para dentro.
A força com a qual duas cargas elétricas se atraem ou se repelem é diretamente proporcional ao quadrado da distância entre as duas cargas. Dito de outra forma, se a distância entre as duas cargas for cortada pela metade, a força entre elas será quadruplicada. Se a distância entre as duas cargas for duplicada, a força entre elas é um quarto da força original.
Um exemplo de campo eletrostático é aquele produzido em um capacitor de placa paralela. Um capacitor de placas paralelas consiste em duas placas paralelas com a mesma área de superfície separadas por uma certa distância. O volume entre as placas é preenchido com um material dielétrico. Um material dielétrico também é chamado de isolador. Em um dielétrico perfeito, nenhuma corrente flui através do material. Exemplos de dielétricos incluem vidro, parafina, mica e quartzo.
Uma fonte de tensão de corrente contínua (DC) é conectada às duas placas condutoras. Cargas de polaridade igual e oposta são transferidas para as superfícies dos condutores. Por causa da diferença de tensão aplicada, a carga positiva se acumula uniformemente na placa conectada ao terminal de tensão positiva e a carga negativa se acumula uniformemente na placa conectada ao terminal de tensão negativa. No meio dielétrico entre as placas, as cargas induzem um campo elétrico uniforme na direção de cargas positivas para negativas.
Campos Elétricos Dinâmicos
Os campos dinâmicos , ou campos variáveis no tempo , são induzidos por fontes variáveis no tempo. Os campos variáveis no tempo são usados para produzir ondas eletromagnéticas, que são usadas em coisas como equipamentos de transmissão de rádio e televisão, radar, máquinas de raios X e ultrassom, fornos de microondas, sistemas de telefone celular e sem fio e roteadores sem fio.
Fontes variáveis no tempo incluem correntes elétricas e densidades de carga. Se a corrente associada ao feixe de partículas carregadas em movimento varia com o tempo, a quantidade de carga presente no feixe também varia com o tempo e vice-versa. Neste caso, os campos elétricos e magnéticos são acoplados um ao outro. Um campo elétrico variável no tempo gera um campo magnético variável no tempo e vice-versa. O campo elétrico e o campo magnético são sempre perpendiculares (isto é, separados por 90 graus) um ao outro. A geração contínua dos campos elétrico e magnético a 90 graus um do outro faz com que a onda «viaje» no tempo e no espaço.
Um exemplo de campo variável no tempo é o campo elétrico (e magnético) produzido por uma antena monopolo usada na transmissão de rádio. Um transmissor, que é uma fonte de corrente alternada (CA), é conectado à antena. Isso fornece a corrente variável no tempo necessária para induzir um campo magnético variável no tempo, que por sua vez gera um campo elétrico variável no tempo. O ciclo é contínuo e a antena lança a onda eletromagnética no ar.
Resumo da lição
Um campo elétrico é a força que preenche o espaço em torno de cada carga elétrica ou grupo de cargas. Existem dois tipos de campos elétricos: campos estáticos (ou eletrostáticos) e campos dinâmicos (ou variáveis no tempo) . Os campos elétricos têm uma magnitude definida e uma direção específica. A magnitude (ou força) do campo elétrico em qualquer ponto é dada pela equação, E = F / q , a força experimentada pela carga naquele ponto dividida pela carga. Exemplos de campos elétricos incluem o campo produzido no dielétrico de um capacitor de placa paralela (que cria um campo eletrostático) e a onda eletromagnética produzida por uma antena monopolo de transmissão de rádio (que cria um campo variável no tempo).