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Aula de Campo EletricoTRANSCRIPT
Prof. Édy Carlos Monteiro
Física - Eletromagnetismo
Objetivos:
Conhecer, compreender e aplicar os conceitos básicos de eletromagnetismo.
Eletrização
Campo Elétrico
A água esquenta tão bem num forno de micro-ondas que é possível aquecermos um copo d’água até 8ºC acima da temperatura normal de ebulição sem que ela ferva. Por que as micro-ondas aquecem a água?
Pho
toxp
ress
/ C
riaçã
o D
I
Campo Elétrico
Questões
a) Como q1 sabe da presença de q2?
b) Uma vez que as cargas não se tocam, como pode q1 exercer força sobre q2? (ou vice-versa)
Cria
ção
DI
(Continuação)
Campo ElétricoRecordar é viver
Força gravitacional (força de campo)
P
Cria
ção
DI
(Continuação)
Campo Elétrico
Ação à distância
Campo elétrico
“Região ao redor de corpos eletrizados capaz de transmitir interações elétricas”
As interações elétricas se transmitem instantaneamente?
Não
(Continuação)
Vejamos um exemplo mais prático. Durante o sobrevôo de urano, realizado em 1986, pela nave Voyager 2, um sinal de comando foi enviado da terra para a nave.
Campo Elétrico
O sinal de comando emitido por ondas de rádio (um tipo de onda eletromagnética) foi gerado provocando a oscilação de elétrons, numa antena transmissora na Terra.
Topfoto.co.uk
(Continuação)
O sinal se propagou através do espaço e foi recebido pela nave somente no momento em que provocou a oscilação de elétrons na antena receptora, cerca de 2,3 h após ter sido emitido. Assim, a informação referente ao movimento de elétrons na Terra se propagou até os elétrons da nave, não instantaneamente, mas com a velocidade escalar da luz, c ≈ 3.108 m/s.
Campo Elétrico(Continuação)
Outros exemplos de campo eletromagnético
Campo Elétrico
Eletricidade, magnetismo e ótica
Conceito de campo eletromagnético
Radar
TV
Forno micro-ondas
Dispositivos eletromagnéticos: geradores motores, transformadores.
Luz visível
(Continuação)
Campo Elétrico
Ex: Campo escalar → Campo de Temperatura
Pho
toxp
ress
.com
(Continuação)
Campo Elétrico
Ex: Campo escalar → Campo de pressão
Pho
toxp
ress
.com
(Continuação)
Campo Gravitacional
Pho
toxp
ress
.com
Ex: Campo Vetorial → Campo gravitacional
(MT)
Rt h(m)objeto
2T
T2
T
Tg
)hR(
MGm
)hR(
MmGF
gmP
2T
T
)hR(
MGg
, logo
(Módulo) h = 0 g ≈ 9,81 m/s2
Cria
ção
DI
(Continuação)
Onde: 21311 skgm.10.67,6G
m10.37,6R 6T
kg10.97,5M 24T
para
Campo Gravitacional
Direção e sentido
definiçãomP
mF
gg
Cria
ção
DI
Campo Gravitacional(Continuação)
Campo Elétrico
Para o campo elétrico
0
e
qF
E
CN
Carga Q ↔ Campo ↔ carga q0
Definição
Cria
ção
DI
(Continuação)
Campo ElétricoCampo elétrico → Campo vetorial
CN
Módulo0
eq
FE
0
200
qr
qQk
E
20
r
QkE
(Continuação)
Alguns Campos Elétricos
Campo Valor (N/C)
Na superfície de um núcleo de urânio 3 x 1021
Dentro de um átomo de hidrogênio, na órbita do elétron
5 x 1011
Ruptura elétrica no ar 3 x 106
No tambor carregado de uma copiadora 105
Num tubo de imagem de TV 105
Próximo a um pente de plástico carregado 103
Em baixa atmosfera 102
Dentro do fio de cobre dos circuitos domésticos 10-2
Campo Elétrico(Continuação)
Campo Elétrico
Direção
“Definida pela reta que passa por Q e +q0.”
Cria
ção
DI
(Continuação)
Campo ElétricoSentido
(Linhas apontando para fora)
Cria
ção
DI
(Continuação)
Campo ElétricoSentido
Cria
ção
DI
(Continuação)
Para várias cargas
Campo Elétrico
Campo resultante em P
(Soma de vetores)321p EEEE
Cria
ção
DI
(Continuação)
Simulações de cargas puntiformes
Michael Faraday → Espaço ao redor de um corpo eletrizado preenchido por linhas de força.
Atualmente → Linhas do campo eletrizado
→ recurso gráfico para visualizar a configuração de um campo elétrico
Linhas do Campo Elétrico
Veja em:
Falstad.com
Algumas Conclusões
Linhas do Campo Elétrico
Cria
ção
DI
(Continuação)
Algumas Conclusões
Linhas do Campo Elétrico
Cria
ção
DI
(Continuação)
Linhas do Campo Elétrico
Algumas Conclusões
Campo uniforme: Mesmo módulo, direção e sentido em todos os pontos
(Continuação)
Linhas do Campo Elétrico
Algumas Conclusões
As linhas do campo para duas cargas puntiformes iguais positivas. As cargas se repelem. As linhas terminam sobre cargas negativas localizadas em corpos distantes que não são mostrados na figura.
Cria
ção
DI
(Continuação)
Linhas do Campo Elétrico
Algumas Conclusões
Linhas do campo para duas cargas puntiformes que têm módulos iguais mas sinais opostos. As cargas se atraem
Cria
ção
DI
(Continuação)
Campo criado por um dipolo
30 z
p21
E
(a) Um dipolo elétrico. Os campos elétricos E(+) e E(-), no ponto P sobre o eixo do dipolo, devidos a cada uma das cargas, estão indicados. As cargas que constituem o dipolo distam r(+) e r(-) do ponto P. (b) O momento de dipolo p é orientado da carga negativa para a carga positiva.
Cria
ção
DI
d.qp
Campo elétrico por uma linha de carga
2/3220 )Rz(4
z.qE
Um anel de carga positiva uniformemente distribuída ao longo de sua circunferência. Um elemento diferencial de carga ocupa um comprimento ds (grandemente exagerado para maior clareza), que cria um campo elétrico de no ponto P. O componente de ao longo do eixo central do anel éC
riaçã
o D
I
Ed
cos.Ed
Campo elétrico criado por um disco carregado
220
12 Rz
zE
Um disco de raio R com uma carga positiva uniformemente distribuída sobre sua face superior. O anel mostrado tem raio r e largura radial dr. Ele cria um campo elétrico diferencial dE no ponto P sobre seu eixo central.C
riaçã
o D
I
Carga Puntiforme num campo elétrico
A aparelhagem de Millikan, da gota de óleo, para medir a carga elementar e.
Cria
ção
DI
PFe
gmEq
Simulação de Millikan
Carga Puntiforme num campo elétrico
Partes essenciais de uma impressora a jato de tinta.
Cria
ção
DI
(Continuação)
Dipolo num campo elétrico
Uma molécula de H2O, mostrando os três núcleos (representados por pontos) e a região onde os elétrons orbitam os núcleos.
Cria
ção
DI
Dipolo num campo elétrico (continuação)
xp
(a) Um dipolo elétrico num campo elétrico uniforme.
(b) Ilustração da relação
Cria
ção
DI
Cozinhando com micro-ondas
Um grupo de três moléculas de água. Um torque devido a um campo elétrico oscilante num forno de micro-ondas quebra uma das ligações entre as moléculas e, assim, desfaz o grupo.
Cria
ção
DI