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Lei de Coulomb e força elétrica
Charles Augustin de Coulomb (1736-1806) foi um físico francês responsável pela determinação da lei que descreve a força de interação entre cargas elétricas. Para tanto, Charles Coulomb fez uso de uma balança de torção, similar à balança que fora usada por Henry Cavendish para a determinação da constante da gravitação universal.
Fórmula da lei de Coulomb
De acordo com a sua lei, a força entre duas partículas eletricamente carregadas é diretamente proporcional ao módulo de suas cargas e é inversamente proporcional ao quadrado da distância entre elas. Abaixo, apresentamos a fórmula matemática descrita pela lei de Coulomb:
F — força eletrostática (N)
K0 — constante dielétrica do vácuo (N.m²/C²)
Q — carga elétrica (C)
q — carga elétrica de prova (C)
d — distância entre as cargas (m)
Na fórmula acima, k0 é uma constante de proporcionalidade chamada de constante eletrostática do vácuo, seu módulo é aproximadamente de 9,0.109 N.m²/C². Além disso, sabemos que cargas de sinal igual repelem-se enquanto cargas de sinais opostos atraem-se, como mostra a figura abaixo:
Cargas de sinais iguais repelem-se, e cargas de sinais opostos atraem-se.
Vale a pena ressaltar que, mesmo que as cargas tenham módulos diferentes, a força de atração entre elas é igual, uma vez que, de acordo com a 3ª lei de Newton — a lei da ação e reação —, a força que as cargas fazem entre si é igual em módulo. Essas encontram-se na mesma direção, porém, em sentidos opostos.
OBSERVAÇÕES:
- Caso dobre a distância entre duas cargas a força elétrica ficara 4 vezes menor.
- Caso reduza pela metade a distância entre duas cargas, a força elétrica ficara 4 vezes maior.
- Caso triplique a distância entre duas cargas a força elétrica ficara 9 vezes menor.
- Caso reduza pela terça parte a distância entre duas cargas, a força elétrica ficara 9 vezes maior.
- Caso quadruplique a distância entre duas cargas a força elétrica ficara 16 vezes menor.
- Caso reduza pela quarta parte a distância entre duas cargas, a força elétrica ficara 16 vezes maior.
No Sistema Internacional de Unidade, a intensidade do campo elétrico é medido em Newton por Coulomb (N/C), a força em Newton (N) e a carga elétrica em Coulomb (C).
O campo elétrico desempenha a função de transmissor das interações entre cargas elétricas, podendo ser de afastamento ou de aproximação, de acordo com o sinal da carga que o produziu.
As cargas elétricas puntiformes são corpos eletrizados cujas dimensões são desprezíveis se comparadas às distâncias que as separa de outros corpos eletrizados.
Observamos que na região onde existe um campo elétrico, surgirá uma força sobre uma carga puntiforme de prova que for introduzida em algum ponto deste campo. Esta força poderá ser de repulsão ou de atração.
Linhas de Força
Podemos representar o campo elétrico através de linhas orientadas segundo o sentido do vetor campo elétrico. Chamadas linhas de força, são tangentes ao vetor campo elétrico em cada ponto.
A intensidade do campo elétrico é maior quanto mais próximas estiverem as linhas de campo e menos intenso nas regiões mais afastadas.
Abaixo, temos a representação das linhas de força de um campo elétrico, formado por duas cargas de mesmo módulo e sinais contrários (dipolos elétricos).
Campo Elétrico Uniforme
Quando em uma região do espaço existe um campo elétrico onde o vetor associado a ele apresenta mesma intensidade, mesma direção e mesmo sentido em todos os pontos, esse campo elétrico é chamado uniforme.
Este tipo de campo é obtido com a aproximação de duas placas condutoras planas e paralelas eletrizadas com cargas de mesmo valor absoluto e sinais contrários.
Na figura abaixo, apresentamos as linhas de campo entre dois condutores eletrizados. Observe que na região das bordas dos condutores, as linhas deixam de ser paralelas e o campo não é uniforme.
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