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Pré-relatório 1 – Superfícies Equipotenciais.
1.1. Campo Elétrico e sua relação com a Força Elétrica:
O conceito de campo elétrico surgiu da necessidade de explicar a ação de
forças à distância. Podemos dizer que o campo elétrico existe numa região
do espaço quando, ao colocarmos uma carga elétrica (q) nessa região, tal
carga é submetida a uma força elétrica F.
O campo elétrico pode ser entendido como sendo uma entidade física
que transmite a todo o espaço a informação da existência de um corpo
eletrizado (Q) e, ao colocarmos outra carga (q) nesta região, será
constatada a existência de uma força F de origem elétrica agindo nesta
carga (q).
Para definir, matematicamente, o campo elétrico é necessário
definirmos uma grandeza física que o represente. Esta grandeza é o vetor
campo elétrico. Considerando a definição utilizada anteriormente, o vetor
campo elétrico é dado por:
A força F, à qual a carga q fica submetida será atrativa ou repulsiva,
dependendo do sinal da mesma.
A direção do vetor campo elétrico terá a mesma direção da reta que
une o ponto considerado e a carga de geradora (Q). Já o sentido do vetor
campo elétrico, depende do sinal da carga geradora (Q):
Figura 1: Linhas de força de cargas positivas e negativas.
O campo elétrico gerado por uma carga elétrica (Q) positiva é de
afastamento e, o campo elétrico gerado por uma carga elétrica (Q) negativa
é de aproximação. O sentido do campo elétrico independe do sinal da carga
(q) que sofre a ação da força F.(1)
1.2 Linhas de Campo Elétrico:
Uma linha de um campo elétrico é uma linha reta ou curva imaginária
desenhada passando por uma região do espaço de modo que sua tangente em
qualquer ponto forneça a direção e o sentido do campo elétrico no ponto
desejado.
1.3 Energia Potencial Elétrica e Potencial Elétrico:
A Energia Potencial Elétrica foi definida em termos do trabalho
realizado pelo campo elétrico sobre uma partícula carregada que se move no
campo. Esta energia está associada com uma carga de teste em um campo
elétrico.
Já para o caso de Potencial Elétrico, está associado a uma energia
potencial em uma base "por unidade de carga", analogamente ao caso do campo
elétrico, que é a força elétrica por unidade de carga que atua sobre uma
partícula no campo. Com relação a um campo elétrico interessa-nos a
capacidade de realizar trabalho, associada ao campo em si,
independentemente do valor da carga q colocada num ponto desse campo. Para
medir essa capacidade, utiliza-se a grandeza potencial elétrico. Para
obter o potencial elétrico de um ponto, coloca-se nele uma carga de prova q
e mede-se a energia potencial adquirida por ela. Essa energia potencial é
proporcional ao valor de q. Portanto, o quociente entre a energia potencial
e a carga é constante. Esse quociente chama-se potencial elétrico do ponto.
Ou seja: Portanto denomina-se Potencial Elétrico a energia potencial por
unidade de carga.
A unidade de medida do SI para o potencial é o volt. O potencial elétrico
gerado por uma carga pontual q a uma distância r é, a menos de uma
constante arbitrária, dado por:
Como o potencial é uma quantidade linear, o potencial gerado por
várias cargas é a soma dos potenciais gerados por cada uma delas como se
estivessem sozinhas.(3)
Relação entre Potencial Elétrico e Campo Elétrico:
1.5 O que são Superfícies Equipotenciais e como determina o Campo
Elétrico através destas superfícies:
Pontos adjacentes que possuem o mesmo potencial elétrico formam uma
superfície equipotencial, sendo esta uma superfície em três dimensões sobre
a qual o potencial elétrico permanece constante e todos os seus pontos.
Nenhum trabalho resultante W é realizado por um campo elétrico sobre uma
partícula carregada quando a partícula se move entre dois pontos sobre a
mesma superfície equipotencial.
As superfícies equipotenciais produzidas por uma carga pontual ou por
uma distribuição de carga com simetria esférica são uma família de esferas
concêntricas. Para um campo elétrico uniforme, as superfícies são uma
família de planos perpendiculares às linhas de campo.
As linhas de campo elétrico e as superfícies equipotenciais são sempre
mutuamente perpendiculares. Geralmente, uma linha de campo é uma curva e
uma superfície equipotencial é uma superfície curva.
Bibliografia:
http://www.efeitojoule.com/2009/01/campo-eletrico-e-conceito-campo.html
(acessado 24/02/2010 às 21h 21min);
http://www.coladaweb.com/fisica/eletricidade/energia-potencial-eletrica
(acessado 27/02/2010 às 21h 11min);
