Quais as características semelhantes entre o campo elétrico é o campo gravitacional?

O campo elétrico é uma grandeza física vetorial usada para definir a força elétrica que uma carga é capaz de produzir em outras cargas elétricas de prova e de módulo unitário em função de suas distâncias.

Veja também: Lei de Coulomb
 

Tópicos deste artigo

Como calcular o campo elétrico?

O campo elétrico de uma carga pontual e no vácuo pode ser calculado por meio da seguinte equação:

Legenda:
E – campo elétrico [N/C ou V/m]
Q – carga geradora do campo elétrico [C]
k0 – constante eletrostática do vácuo [8,99.109 N.m²/C²]
d – distância do ponto até a carga geradora

Leia mais: O que é campo elétrico
 

Relação entre campo elétrico e força elétrica

A relação entre o campo elétrico e a força elétrica que é exercida sobre as cargas elétricas é definida de acordo com a equação:

Legenda:
E – campo elétrico [N/C ou V/m]
F – força elétrica [N]
q – carga elétrica de prova [C]

Na qual F é a força elétrica e pode ser calculada com base na Lei de Coulomb.

Confira também: Experimento de Coulomb
 

Direção e sentido do campo elétrico

O campo elétrico das cargas positivas sempre aponta para fora das cargas, na direção radial. Já o campo elétrico das cargas negativas aponta para dentro delas.

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Para facilitar a visualização do campo elétrico, desenhamos linhas cujas direções tangentes sempre indicam a direção e o sentido do campo elétrico. Essas linhas são denominadas linhas de força:

Atração e repulsão elétrica

A atração e a repulsão elétrica estão relacionadas com a resultante do campo elétrico em cada ponto do espaço. Por meio das linhas de força podemos visualizar os casos nos quais há uma força atrativa ou repulsiva entre cargas elétricas:

Entre cargas de sinal diferente, a resultante do campo elétrico aponta sempre em direção a outra carga. Com isso, surge a força de atração elétrica.

Entre cargas de sinal igual, a resultante do campo elétrico aponta na direção oposta à posição das cargas, promovendo uma força elétrica de repulsão entre elas.

O comportamento e as interações entre cargas, de sinais iguais ou opostos, são explicadas através da eletrostática, que dentre outras coisas, descreve a forma que uma carga pode influenciar no sistema em que está inserida. Assim, cargas de sinais iguais se repelem e cargas de sinais contrários se atraem. Isso acontece porque toda carga possui um campo elétrico associado a ela e é ele quem define o controle que a carga exerce no meio.

O campo elétrico é uma região em que todos os pontos do espaço estão sob influência de uma carga elétrica de intensidade Q.

Neste artigo, além de entender o que é o campo elétrico, vamos aprender como calcular, como definir sua direção e sentido e o que é a força elétrica.

O que é e Como Calcular um Campo Elétrico

Matematicamente, o campo elétrico é definido através de uma carga de prova, que é uma carga de intensidade q0 sujeita a uma força de interação (atração ou repulsão) exercida pelo campo de Q. É importante frisar que o campo elétrico existe independente da carga de prova e que ela não afeta o campo elétrico que estamos medindo, seu uso é apenas para detectá-lo e calculá-lo. A equação que define o campo elétrico é:

onde: 

E – vetor do campo elétrico (N/C)

F – força elétrica que atua sobre a carga q0 (N)

q0 – carga de prova (C)

    A unidade do SI (Sistema Internacional de Unidades) para o campo elétrico é o N/C (Newton por Coulomb), ou seja:

O campo elétrico representa o valor da força elétrica que opera em uma unidade de carga, isso é válido para as cargas inseridas em sua região de atuação.

Orientação e Sentido do Campo Elétrico

O campo elétrico é um campo vetorial, por se tratar de uma distribuição de vetores, então seu formato é como o mostrado na Figura 1.

Figura 1 – Campo elétrico de uma carga positiva e negativa, respectivamente.

O campo elétrico é formado por linhas de campos, note que, quando o campo elétrico é formado por uma carga positiva, a direção que as linhas de campo apontam é para fora. E quando o campo elétrico é formado por uma carga negativa, a direção que as linhas de campo apontam é para dentro.

Agora vamos supor que uma carga de prova positiva é introduzida em ambos os campos elétricos mostrados na Figura 1. No campo elétrico 1, o vetor de campo elétrico E aponta para fora (como as linhas de campo) e o vetor de força elétrica F também, devido a força de repulsão que ocorre entre as cargas. 

Já no campo elétrico 2, o vetor de campo elétrico aponta para dentro (conforme as linhas de campo) e o vetor de força elétrica também, devido a força de atração que ocorre entre as cargas.

Figura 2 – Carga de prova positiva inserida nos campos 1 e 2.

Se uma carga de prova negativa é introduzida em ambos os campos elétricos, o comportamento é outro. O vetor de campo elétrico E continuará a atuar da mesma forma em ambos, já a força elétrica F no campo 1 irá apontar para dentro e no campo 2 irá apontar para fora. Em ambos os casos isso ocorre devido a atração e repulsão, respectivamente, das cargas.

Figura 3 – Carga de prova negativa inserida nos campos 1 e 2.

Dessa forma, podemos generalizar que:

• Sobre a carga Q, que produz o campo elétrico:
  • Se for positiva, o vetor de campo elétrico E aponta para fora, se afastando dela;
  • Se for negativa, o vetor de campo elétrico E aponta para dentro, se aproximando dela;
  • O sentido do vetor de campo elétrico E não é afetado pelas cargas de prova.
• Sobre a carga de prova q0:
  • Se possui sinal negativo, os vetores de forças F e de campo elétrico E tem mesma direção e sentidos opostos;
  • Se possui sinal positivo, os vetores de força F e de campo elétrico E possuem mesma direção e sentido.

Força Elétrica

A física de Newton definiu que na natureza há dois tipos de força: as forças de contato e as forças de campo. A força de contato é aquela em que há a necessidade de que os corpos estejam em contato físico para que neles atue uma força. Enquanto que, a força de campo é a força que um corpo exerce no outro à uma distância, muitas vezes conhecida, sem que ocorra contato físico entre eles. A força gravitacional e a força elétrica são exemplos de força de contato.

A força elétrica é a força que uma carga elétrica exerce sobre outra, podendo ser repulsiva para cargas de sinal igual e atrativa para cargas de sinais contrários. Coulomb foi capaz de desenvolver uma expressão matemática que determina o módulo dessa força com precisão. E definiu a Lei de Coulomb como:

A força de ação mútua entre dois corpos (atração ou repulsão) carregados tem a direção da linha que une os corpos e sua intensidade é diretamente proporcional ao produto das cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância que as separa.

Logo, a expressão matemática para Lei de Coulomb é feita para calcular a intensidade da força de atração ou repulsão entre duas partículas considerando o efeito que uma exerce na outra. Então, dado dois corpos com cargas q1 e q2, a força em que está submetido o corpo 1 é dada por:

F – força elétrica (N)

k – constante eletrostática (8,99·109 N·m2/C2)

d – distância entre as partículas (m)

q1, q2 – cargas das partículas (C)

    A força elétrica também pode ser calculada através do campo elétrico, então:

F – força elétrica que atua sobre a carga q0 (N)

E – módulo do campo elétrico (N/C)

q0 – carga de prova (C)

A unidade do SI (Sistema Internacional de Unidades) para a força elétrica é N (Newton).

Os Opostos Se Atraem? (Ímã – Campo Do Planeta Terra)

Força Elétrica vs Força Gravitacional

Muitas semelhanças são encontradas entre o conceito e as equações que regem a força elétrica e a força gravitacional. A Lei da Gravitação Universal de Newton, define que a  força gravitacional é:

Diretamente proporcional às massas dos corpos e inversamente proporcional à distância que os separa.

Note que a definição matemática é similar à da força elétrica:

F – força gravitacional (N)

G – constante gravitacional (6,67· 10-11 N·m2/kg2)

d – distância entre os corpos (m)

m, M  – massa dos corpos (kg)

    Apesar de tantas similaridades há duas grandes diferenças entre as duas forças campo:

• A força elétrica é uma força atrativa e repulsiva, enquanto que a força gravitacional é somente uma força de atração
• Isso acontece porque há dois tipos de cargas (positivas e negativas), enquanto só há um tipo de massa.
• A força elétrica é muito mais intensa do que a força gravitacional.

Outra importante diferença entre as leis de Newton e a de Coulomb é que a lei de Coulomb não possui nenhuma exceção, ou seja, é válida para todas as situações, inclusive no interior dos átomos. Enquanto a mecânica de Newton deixa de ser válida nesse caso e precisa ser substituída pela mecânica quântica.

Referências

HALLIDAY. Fundamentos de Física: eletromagnetismo. 9. ed. Ltc, 2012.

FELDMAN, Boris. Choque ao sair do carro: como evitar. Disponível em: https://autopapo.uol.com.br/blog-do-boris/choque-ao-sair-do-carro-como-evitar/. Acesso em: 27 abr. 2022.

Quais as características semelhantes entre o campo elétrico é o campo gravitacional?

Qual a diferença entre um campo gravitacional é um campo elétrico?

Quais são as semelhanças é diferenças entre as forças a eletrostática é B gravitacional?

Quais são as principais características do campo gravitacional?