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Física

Eletrostática

Miguel Bertelli
Publicado por Miguel Bertelli
Última atualização: 8/5/2019

Introdução

A Eletrostática é um ramo da elétrica. O objeto de estudo da eletrostática são as cargas em repouso.

Blindagem eletrostática (gaiola de Faraday)

Quando temos um objeto condutor fechado, com interior oco, as cargas se distribuem uniformemente, devido ao efeito de cargas de mesmo sinal se repelir.

Elas vão se repelir até atingir um estado de repouso, onde a soma das forças que agem sobre elas é nula. Quando isso acontece, temos um campo elétrico nulo no interior do objeto, criando a blindagem eletrostática.

Michael Faraday (1791 - 1867) demonstrou esse efeito através do experimento gaiola de Faraday, denominado em sua homenagem.

Ele fez uma espécie de gaiola, e entrou dentro dela enquanto ocorriam descargas elétricas no exterior. Pela blindagem eletrostática, Faraday saiu ileso.

Carga elétrica

Esquema de cargas elétricas em repulsão e atração.

Um conceito importante na eletrostática é a carga elétrica. Temos dois tipos de cargas elétricas, as positivas, e as negativas.

A interação entre elas é dada da seguinte forma:

  • Sinais iguais: Cargas com mesmo sinal, ou seja, positivo com positivo, ou negativo com negativo se repelem.
  • Sinais opostos: Cargas com sinais opostos, ou seja, positivo com negativo, se atraem.

A unidade de medida da carga elétrica é Coulomb, e tem esse nome em homenagem ao físico Charles de Coulomb (1736 - 1806).

Fórmula da carga elétrica 

A carga elétrica é dada pela seguinte fórmula:

Sendo:

  • a carga elétrica;
  • a quantidade de cargas elementares presente na carga elétrica (Exemplo: elétron);
  • a carga elementar (Tem um valor de 1,6.10-19 C).

Força eletrostática

Quando temos duas ou mais cargas, elas se atraem ou se repelem através de forças que aplicam sobre uma a outra. 

Essa força recebe o nome de força eletrostática, e se trata de uma grandeza vetorial, ou seja, possui módulo, direção e sentido.

A intensidade dessa força vai ser dada pela seguinte fórmula:

Sendo:

  • F o módulo do vetor da força eletrostática;
  • ke a constante eletrostática (no vácuo tem o valor de 9.109 N.m2/C2);
  • |q1| é o módulo de uma das cargas elétricas;
  • |q2| é o módulo da outra carga elétrica;
  • r é a distância entre as duas cargas elétricas.

direção da força eletrostática é dada pela reta que passa pelos dois centros das duas cargas em questão.

Já o sentido pode ser visto através do sinal da carga elétrica, podendo ser atrativa entre elas, ou repulsiva.

Energia eletrostática

Energia eletrostática é a quantidade de energia que um sistema de cargas estáticas (paradas) armazenam.

Essa grandeza é dada pela seguinte fórmula:

Sendo:

  • o valor da energia eletrostática;
  • ke a constante eletrostática (no vácuo tem o valor de 9.109 N.m2/C2);
  • |Q| é o módulo da carga que está “armazenando” a energia;
  • |q| é o módulo da carga de prova;
  • r é a distância entre as duas cargas elétricas.

Chamamos q de carga de prova, pois é a carga que submetemos no sistema que está armazenando energia para quantificar essa mesma energia.

Campo elétrico

campo elétrico é um campo vetorial de forças, e essas forças são causadas pelas cargas elétricas.

Uma carga elétrica dentro de um campo elétrico vai sofrer a ação da força eletrostática.

O campo elétrico é dado pela seguinte fórmula:

Sendo:

  • o módulo do campo elétrico;
  • o módulo da força eletrostática;
  • |q| é o módulo da carga de prova.

Se considerarmos a carga como sendo puntiforme, conseguimos obter esta outra fórmula para o campo elétrico:

Sendo:

  • E o módulo do campo elétrico;
  • ke a constante eletrostática (no vácuo tem o valor de 9.109 N.m2/C2);
  • |Q| é o módulo da carga que está “gerando” o campo elétrico;
  • é a distância entre as duas cargas elétricas.

Fórmulas


Exercícios

Exercício 1
(ENEM-PPL/2016)

Durante a formação de uma tempestade, são observadas várias descargas elétricas, os raios, que podem ocorrer: das nuvens para o solo (descarga descendente), do solo para as nuvens (descarga ascendente) ou entre uma nuvem e outra. As descargas ascendentes e descendentes podem ocorrer por causa do acúmulo de cargas elétricas positivas ou negativas, que induz uma polarização oposta no solo.

Essas descargas elétricas ocorrem devido ao aumento da intensidade do(a)

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