2.1 O fato de que uma carga 1 exerce uma força sobre uma carga 2 distante exemplifica a ação à distância, que é algo meio estranho se pararmos para pensar. Neste contexto, aparece a idéia de campo elétrico. Explique o que é o campo elétrico.
Passo 1
O enunciado nos lembra que, pela lei de Coulomb, uma carga
aplicada em um ponto gera uma força sobre outra carga
mesmo se estiverem separadas por um espaço vazio – isso é a “ação à distância”. Para evitar pensar em “contato invisível” entre cargas, introduzimos o conceito de campo elétrico. Vamos ver do que se trata e como ele é definido.
Passo 2
Pela lei de Coulomb, a força que uma carga de “fonte”
exerce sobre uma “carga de prova”
colocada em posição
é
onde
e
é o versor que aponta da carga
para
. Note que essa força cresce com
, de modo que fica natural separar o que é efeito da carga de prova do que é “algo” criado pela fonte
.
Passo 3
Definimos o campo elétrico
como a força por unidade de carga de prova. Ou seja,
Substituindo a expressão de Coulomb, obtemos
Esse vetor
existe independentemente de colocarmos ou não uma carga
de prova no ponto.
Passo 4
Fisicamente,
é um campo vetorial definido em todo o espaço (exceto na posição da carga fonte) que “transporta” a interação elétrica. Se um dia colocarmos qualquer carga
ali, a força que ela sofrerá será simplesmente
Assim, eliminamos a ideia de uma “ação misteriosa” à distância: cada ponto do espaço está dotado de um campo que diz como cargas reagirão ali.
Passo 5
Algumas propriedades importantes do campo elétrico:
– É vetorial, indicando direção e sentido da força que uma carga positiva sofreria.
– Sua unidade no SI é (newton por coulomb), equivalente a
.
– Se houver várias cargas fontes, o campo resultante é a soma vetorial dos campos produzidos por cada uma (\emph{princípio da superposição}).
– É vetorial, indicando direção e sentido da força que uma carga positiva sofreria.
– Sua unidade no SI é
– Se houver várias cargas fontes, o campo resultante é a soma vetorial dos campos produzidos por cada uma (\emph{princípio da superposição}).
Resposta
O campo elétrico é um campo vetorial
definido em cada ponto do espaço, criado por cargas fontes, cujo valor é dado por
onde
é a força que uma carga de teste
sofreria ali. Em outras palavras, o campo elétrico “carrega” a interação entre cargas, eliminando a necessidade de uma ação direta de uma carga sobre outra à distância.