Explique a blindagem eletrostática a partir da Lei de Gauss.
Passo 1
O exercício pede para explicar como funciona a blindagem eletrostática usando a Lei de Gauss. Conteúdo: eletrostática em condutores e Lei de Gauss. Vamos precisar entender (1) o que diz a Lei de Gauss, (2) como se comporta o campo elétrico e as cargas em um condutor em equilíbrio, e (3) aplicar uma superfície gaussiana para mostrar que o campo interno é zero.
Passo 2
Lei de Gauss na prática
A Lei de Gauss afirma que o fluxo do campo elétrico através de uma superfície fechada é igual à carga total
envolvida por
dividida pela permissividade do vácuo
:
A Lei de Gauss afirma que o fluxo do campo elétrico através de uma superfície fechada
Aqui,
é o campo elétrico e
é um elemento de área da superfície, apontando para fora.
Passo 3
Propriedades de um condutor em equilíbrio eletrostático
- Todo excesso de carga elétrica em um condutor se concentra na superfície externa.
- No interior do material condutor, o campo elétrico é zero (
), pois cargas livres se movem até anular qualquer campo interno.
Passo 4
Usando uma superfície gaussiana dentro do “corpo” do condutor
Imagine um contorno fechado completamente dentro da espessura do condutor (mas sem tocar na superfície externa).
Imagine um contorno fechado completamente dentro da espessura do condutor (mas sem tocar na superfície externa).
- Nesse volume não há cargas (todas estão na casca).
- Pela Lei de Gauss:
porque . - Como a superfície gaussiana é arbitrária, só resta
em todo interior do condutor.
Passo 5
Conclusão para blindagem eletrostática
Se você coloca um objeto dentro de uma caixa condutora ou dentro de uma cavidade em um condutor e aplica cargas ou campos de fora, as cargas livres do condutor vão se redistribuir na superfície externa, garantindo que no interior (na cavidade) o campo resultante seja sempre zero. Assim, qualquer componente interna fica “protegida” de influências externas de campo elétrico.
Se você coloca um objeto dentro de uma caixa condutora ou dentro de uma cavidade em um condutor e aplica cargas ou campos de fora, as cargas livres do condutor vão se redistribuir na superfície externa, garantindo que no interior (na cavidade) o campo resultante seja sempre zero. Assim, qualquer componente interna fica “protegida” de influências externas de campo elétrico.
Resposta
Graças à Lei de Gauss e às propriedades dos condutores, o campo elétrico dentro de um condutor em equilíbrio (ou em sua cavidade) é zero. Isso significa que cargas externas não conseguem penetrar, gerando blindagem eletrostática.