Campo elétrico é uma grandeza física vetorial utilizada para medir o módulo da força elétrica exercida sobre cada carga elétrica unitária. Em outra palavras, essa grandeza mede as interações entre cargas elétricas.
Um campo elétrico possui sentido, direção e módulo, por isso é considerado uma grandeza vetorial. Os íons, prótons e elétrons interagem nesse campo e são sujeitos às forças de interação, de modo que causem a atração ou repulsa.
Essas forças são aquelas que geram atração entre um corpo carregado com carga positiva e outro com carga negativa. As mesmas também geram repulsão, se ambas cargas forem negativas ou positivas.
O vetor de campo, gerado pelas forças de interação, sofre influência do sinal da carga elétrica. Isso é confirmado a partir de uma carga de prova. Se o campo e a carga tiverem o mesmo sinal, serão repulsados; mas se os sinais forem opostos, irão se atrair.
É importante saber que o campo somente pode ser reconhecido a partir da interação dele com uma carga de prova. Na ausência de iterações, significa que o campo não existe naquele lugar.
Como calcular o campo elétrico?
Para calcular campo elétrico de uma carga puntiforme (com dimensões desprezíveis), utilizamos a seguinte fórmula:
E = K0.Q/ d²
Onde,
E: campo elétrico [N/C ou V/m]
Q: carga geradora do campo elétrico, em Coulomb (C)
k0: constante eletrostática do vácuo (8,99.109 N.m²/C²)
d: distância do ponto até a carga geradora
Também é possível fazer uma relação entre o campo e força elétrica. De modo que, a intensidade do campo elétrico seja calculado com a divisão entre a força elétrica e a carga de prova, representada através da seguinte fórmula:
E=F/q
Vetor do campo elétrico
Como já dito, o campo elétrico é definido como uma grandeza vetorial, uma vez que possui módulo, direção e sentido. Sobre os vetores (representados por segmentos de reta) do campo e da força elétrica, sabe-que:
- Possuem a mesma direção;
- Possuem sentidos iguais quando a carga de prova é positiva (q>0);
- Possuem sentidos opostos quando a carga sinal é negativa (q<0);
- O vetor campo se afasta quando a carga geradora do campo é positiva (Q>0);
- O vetor campo se aproxima quando a carga geradora do campo é negativa (Q<0);
- Em módulo, F=|q|.E
Linhas de força
O campo pode ser melhor visualizado através das linhas de força, também chamadas de linhas de fluxo, as quais possuem direções tangentes que indicam a direção e o sentido do campo.
Quanto mais próximas estiverem as linhas de campo, maior a intensidade. Por outro lado, quanto mais distantes as linhas de força, menor a intensidade de campo elétrico.
As forças de interação (atração e a repulsão) relacionam-se com a resultante do campo em cada ponto do espaço. Na imagem abaixo podemos perceber os casos de força atrativa ou repulsiva entre cargas elétricas:
Essas linhas ainda possuem as seguintes propriedades:
Perto de uma carga pontual positiva saem linhas de todas as direçõese perto de uma carga negativa entram linhas em todas as direções;Duas linhas de campo nunca podem se cruzar.Caso isso acontecesse, no cruzamento haveriam duas direções diferentes, o que não é possível.
Lei de Coulomb
Na natureza existem duas forças: contato e campo. A primeira age quando os corpos se tocam, já a segunda age sem a necessidade de contato entre os corpo. Dito isso, as forças elétrica, gravitacional e magnética são consideradas forças de campo.
Criada por Charles Augustin de Coulomb, a Lei de Coulomb sobre campo elétrico desdobra-se no estudo sobre partículas eletricamente carregadas e a interação eletrostática entre elas.
Após diversos estudos, Coulomb constatou que o módulo da força entre duas cargas elétricas (q1 e q2) é diretamente proporcional ao produto dos módulos das duas cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância r entre eles.
Com base nessa lei, propôs que surge uma força de interação entre cargas quando eles apresentam sinais contrários. E a força será de repulsão, quando as cargas possuem sinais iguais.
Essa lei é expressa pela seguinte fórmula:
F = K0. q1.q2/d²
Onde,
F: força eletrostática, em Newtons (N)
K: constante eletrostática no vácuo (9 x 109 Nm² /C²)
q1 e q2: cargas elétricas, em Coulombs (C)
d: distância entre as cargas, em metros (m)