Uma Introdução ao Campo Elétrico

Olá galera. Como vão as coisas? Comigo vai tudo bem, não que eu ache que alguém se interesse. Mas vamos ao assunto de hoje. Hoje falarei um pouco sobre campo elétrico. Tratarei hoje do campo elétrico gerado por cargas puntuais. Então, vamos nessa...

Mas antes, o que é campo elétrico? Primeiro devemos saber o que seria um campo. Existem basicamente dois tipos de campo: Escalar e Vetorial. Um campo escalar é uma determinada região do espaço onde a cada ponto está determinado um valor escalar. Imagine a temperatura. Ela é uma grandeza escalar. Se fizéssemos a medição da temperatura em cada ponto de uma sala, teríamos um campo da temperatura. O outro campo é o vetorial. Nele, para cada ponto está associado não mais uma grandeza escalar, mas um vetor, com módulo, direção e sentido. Como exemplo desse tipo de campo pode-se citar o campo gravitacional e o nosso objeto de estudo, o campo elétrico.

Imagine uma sala completamente vazia. Vamos desprezar a gravidade e a presença do ar. Então, no centro dela, colocamos uma determinada carga q1 e, perto dela, uma carga q2. Aparecerá entre essas cargas um par de forças, que poderá ser de atração ou de repulsão. Mas o que causa essa ação à distância? Essa força é causada pela ação do campo elétrico que é criado pela presença de carga. Quanto mais forte o campo, maior a força que aparece sobre a carga q2. Dessa forma, definimos o campo elétrico como:



Onde:

* é o campo elétrico no ponto P onde está a carga q2;
* é a força de atração ou repulsão na carga q2;
* q2 é a carga no ponto P, chamada de carga de prova, pois serve para provar a existência do campo elétrico;

Mas a Lei de Coulomb nos diz que:

onde

Obs.: é a constante de permissidade e:

Substituindo na equação do campo elétrico, obtemos:




Vimos que q2 foi eliminado da equação do campo elétrico. Isso nos leva a duas conclusões interessantes. O valor da carga de prova não altera o valor do campo elétrico no ponto P e o campo elétrico existe de forma independente à carga de prova. Ou seja, mesmo que não exista uma carga de prova, haverá um campo elétrico nas mediações de uma carga. Lembrando que essa equação é válida para uma carga puntiforme, ou seja, concentrada em um único ponto.

Mas qual o "desenho" do campo elétrico? Considere uma carga puntual de módulo |q1|. Se seu sinal for positivo, o campo possui linhas que saem da carga. Caso contrário, se a carga for negativa, o campo possui linhas que entram (ou como se diz, morrem) na carga. Isso pode ser visualizado no desenho abaixo.

A força gerada pelo campo funciona da seguinte maneira. Considere uma carga de prova q2 , que tenha um módulo pequeno em relação à carga que gera o nosso campo em questão. Se ela for positiva, ela se moverá no mesmo sentido das linhas de campo. Se ela for negativa, se moverá no sentido contrário. Dessa forma mantemos a velha máxima de cargas opostas se atraem e iguais se repelem. Então, segundo esse modelo, podemos afirmar que o intermediador entre as forças de ação e reação entre as cargas são as interações entre os campos elétricos, como já havíamos falado anteriormente.

No caso de existirem duas cargas elétricas pontuais, cada uma criando um campo elétrico ao seu redor, podemos descobrir o campo E em um ponto P somando os campos criados pelas cargas q1 e q2.
Para entender, imagine que queremos saber o vetor do campo elétrico no ponto P. Então colocamos uma carga de prova nesse ponto. Assim aparecerá sobre ele uma força . Então sabemos de antemão que o campo no ponto P tem a mesma direção de e pode ser calculado por:



Porém, essa força é a soma das forças causadas por cada uma das cargas individualmente, ou seja:



Substituindo na expressão acima, temos que:







De onde concluímos uma propriedade importante do campo elétrico, que é o princípio da superposição. O campo elétrico no ponto P causado por n cargas puntuais é dado pela soma do campo criado por cada carga individualmente no ponto P. É bastante fácil estender a demonstração acima para n cargas. Por isso, para economizar espaço, não a demonstrarei aqui.



Para encerrar, gostaria de comentar sobre o campo gerador por duas cargas de mesmo módulo próximas. Observe a figura acima. Na primeira imagem vemos dois campos criados por cargas positivas. As linhas nascem nas cargas e dela se afastam. Então temos uma configuração semelhante a da figura, onde parece que as linhas de campo se "evitam". Vale visualizar que na primeira figura há um ponto onde o campo elétrico é nulo. Esse ponto se localiza exatamente entre as duas cargas, lembrando que ambas tem o mesmo módulo. Se uma carga de prova fosse colocada naquele ponto, a soma das forças se anularia e a carga permaneceria em repouso. Na figura dois temos duas cargas de sinais contrários próximas, o que define um Dipolo Elétrico. As linhas de campo nascem na carga positiva e morrem na carga negativa. Com isso temos uma configuração como a exemplificada acima, que estudaremos mais adiante.

Era isso por enquanto. Aprendemos o básico sobre o campo elétrico criado em torno de uma ou mais cargas puntuais. Mas adiante eu me aprofundarei sobre o campo criado por Dipolos Elétricos, que são, em minha opinião, mais interessantes e desafiadores. Enquanto isso, continuem estudando. Até a próxima!