Este experimento simula o campo criado por duas cargas pontuais. No entanto os cilindros são muito maiores do que qualquer carga pontual. Por que o resultado obtido é tão parecido com o que seria obtido se os dois eletrodos que tivessem raio muito pequeno? Lembre-se que um material condutor define uma superfície equipotencial.
Passo 1
Então, vamos entender o que o exercício está pedindo. Temos um experimento que simula o campo elétrico criado por duas cargas pontuais. Mas, na verdade, os cilindros usados no experimento são bem maiores do que as próprias cargas. A pergunta é: por que o campo resultante parece igual ao que obteríamos se os eletrodos fossem bem pequenos? Para resolver isso, vamos precisar entender um pouco sobre campos elétricos, cargas em condutores e o conceito de superfície equipotencial.
Passo 2
Primeiro, vamos falar sobre condutores elétricos. Em um condutor, as cargas elétricas (como elétrons) podem se movimentar livremente. Quando colocamos uma carga em um condutor, as cargas se distribuem de maneira que a superfície do condutor se torna uma superfície equipotencial, ou seja, todo ponto dessa superfície tem o mesmo potencial elétrico. Isso acontece porque se houvesse diferenças de potencial na superfície, as cargas se moveriam até equilibrar essas diferenças.
Passo 3
Agora, mesmo que os cilindros sejam bem grandes, o importante é que toda a carga esteja distribuída na superfície deles, mantendo a característica de superfície equipotencial. Quando queremos calcular o campo elétrico no ambiente ao redor dos condutores, podemos tratar cada um deles como se toda a sua carga estivesse concentrada em um ponto, especialmente quando estamos olhando para pontos que estão longe desses condutores. Isso é uma consequência do Princípio da Superposição e da simetria do problema.
Passo 4
Então, mesmo que os cilindros tenham um raio grande, do ponto de vista de quem está observando o campo elétrico fora desses condutores, eles se comportam de forma muito semelhante a cargas pontuais. Isso ocorre porque a distribuição das cargas na superfície equipotencial faz com que os efeitos do tamanho dos condutores sejam “encobertos” quando se analisa o campo em pontos distantes.
Resposta
Portanto, o resultado obtido no experimento com cilindros grandes é tão parecido com o de eletrodos de raio pequeno porque, devido à superfície equipotencial dos condutores, o campo elétrico externo se comporta de maneira semelhante ao campo criado por cargas pontuais.