Força Elétrica e Campo Elétrico: Conceitos e Aplicações

Força elétrica e campo elétrico Movimento de carga em campo E uniforme MUV Dipolo elétrico Cargas elétricas de sinais iguais se repelem ou Cargas elétricas de sinais opostos se atraem A força resultante sobre uma carga é a soma vetorial das forças elétricas que ocorrem entre essa carga e as outras aos pares No exemplo abaixo a força resultante sobre a carga 1 é devido a interação entre 1 e 2 e entre 1 e 3 A força elétrica sobre a carga 2 devido a carga 1 é dada por Ԧ𝐹21 1 4𝜋𝜀0 𝑞1𝑞2 𝑟2 Ƹ𝑟 Onde 𝑞1e 𝑞2 são as cargas elétricas das partículas 𝑟 é o módulo da distância entre elas e Ƹ𝑟 é o versor apontando da carga 1 para a carga 2 A constante da equação vale 1 4𝜋𝜀0 899109 N m2C2 𝜀0 885 1012C2N m2 é a permissividade do vácuo 60 60 2 1 F31 F32 3 Módulo e ângulo da força resultante Carga elétrica positiva produz campo elétrico apontando para fora da carga Carga elétrica negativa produz campo elétrico apontando para a carga O campo elétrico 𝐸 é definido a partir da força que atua sobre uma carga de prova 𝑞0 colocada próxima a outra carga 𝑞 que gera o campo A unidade do campo elétrico é NC 𝐸 Ԧ𝐹 𝑞0 1 4𝜋𝜀0 𝑞 𝑟2 Ƹ𝑟 campo E de carga puntual O campo elétrico produzido por várias cargas elétricas é a soma vetorial de todos os campos elétricos no ponto e e 2e E1 E2 E3 Dos dados do enunciado concluímos que E1 E2 e E3 2E1 Os campos elétricos 𝐸1 e 𝐸2 se cancelam pois tem sentidos opostos O campo elétrico resultante em 𝑃 é dado por 𝐸3 45 OBS Se colocarmos uma carga q 200 mC no ponto 𝑃 a força elétrica sobre essa carga terá módulo dado por 𝐹 𝑞 𝐸 0320 N F A força elétrica e aceleração são dadas por Ԧ𝐹 𝑞𝐸 𝑚 Ԧ𝑎 𝑞𝐸 Ԧ𝑎 𝑞 𝑚 𝐸 Se o campo elétrico 𝐸 é uniforme a carga 𝑞 se move com aceleração constante e são válidas as equações do MUV ൞ 𝑠 𝑠0 𝑣0𝑡 𝑎 2 𝑡2 𝑣 𝑣0 𝑎 𝑡 A forma mais simples de produzir campo elétrico uniforme é por meio de placas carregadas O problema pode ser resolvido conhecendo a trajetória do movimento ou pelo tempo gasto pela partícula até chegar na posição x 150 cm Para o elétron Para o próton Equação da trajetória Um dipolo é formado por duas cargas elétricas de sinais opostos e mesmo módulo Estas cargas estão separadas por uma distância d A orientação do vetor momento dipolar elétrico Ԧ𝑝 é da carga negativa para a carga positiva O módulo do momento dipolar elétrico é dado por 𝑝 𝑞 𝑑 O dipolo sofre um torque na presença de um campo elétrico O dipolo irá girar de modo que a direção e sentido do dipolo seja o igual ao campo elétrico O torque é calculado por Ԧ𝜏 Ԧ𝑝 𝐸 Existe uma energia potencial quando o dipolo está no campo elétrico e ela é calculada como 𝑈 Ԧ𝑝 𝐸 𝑈 𝑝 𝐸 cos 𝜃 Resultados importantes da equação acima A energia potencial é mínima quando Ԧ𝑝 e 𝐸 estão apontando na mesma direção 𝜃 0 Nessa situação se diz que o equilíbrio é estável 𝑈mínima 𝑝 𝐸 A energia potencial é máxima quando Ԧ𝑝 e 𝐸 estão apontando em direções opostas 𝜃 180 Nessa situação se diz que o equilíbrio é instável 𝑈máxima 𝑝 𝐸 Acrescentar a Qual é o vetor momento dipolar elétrico na orientação inicial b Qual é o vetor torque sobre dipolo na posição inicial a b Variação da energia potencial