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Lei de Coulomb: Força Elétrica - Brasil Escola

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Força elétrica é a interação de atração ou repulsão gerada entre duas cargas devido a existência de um campo elétrico ao redor delas.

A capacidade de uma carga criar forças elétricas foi descoberta e estudada pelo físico francês Charles Augustin de Coulomb (1736-1806) no final do século XVIII.

Por volta de 1780, Coulomb criou a balança de torção e com esse instrumento demonstrou experimentalmente que a intensidade da força elétrica é diretamente proporcional ao valor das cargas elétricas que interagem e inversamente proporcional ao quadrado da distância que as separa.

APLICAÇÃO
Ligações químicas, por exemplo, só acontecem em virtude da diferença de cargas entre átomos. A força elétrica pode fazer com que os elétrons presentes nos condutores desloquem-se em uma direção específica, dando origem a correntes elétricas,

EXERCÍCIOS

Duas cargas puntiformes igualmente carregadas com carga elétrica de 3μC estão afastadas uma da outra por uma distância igual a 3 cm e no vácuo. Sabendo que K0 = 9.109 N.m²/C², a força elétrica entre essas duas cargas será:

a) de repulsão e de intensidade de 27 N

b) de atração e de intensidade de 90 N

c) de repulsão e de intensidade de 90 N

d) de repulsão e de intensidade de 81 N

e) de atração e de intensidade de 180 N

Dados:

K₀ = 9.109 N.m²/C²
Q₁ = Q₂ = 3μC = 3.10⁻⁶ C
d = 3 cm = 3 . 10-2 m

Utilizamos a equação:

F = K₀.Q₁.Q2
d²

Substituindo os dados, temos:

F = 9.10⁹. 3.10⁻⁶. 3.10-6
(3.10⁻²)²

F = 81. 10-3
9.10⁻⁴

F = 90 N

Como as duas cargas são idênticas, elas têm o mesmo sinal, portanto, a força é de repulsão, visto que cargas com sinais iguais repelem-se. Assim, a alternativa correta é a letra C.

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O campo elétrico é uma grandeza física vetorial usada para definir a força elétrica que uma carga é capaz de produzir em outras cargas elétricas de prova e de  módulo unitário em função de suas distâncias.

Como calcular o campo elétrico?

O campo elétrico de uma carga pontual e no vácuo pode ser calculado por meio da seguinte equação:

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E – campo elétrico [N/C ou V/m]
Q – carga geradora do campo elétrico [C]
k ₀ – constante eletrostática do vácuo [8,99.10⁹ N.m²/C²]
d – distância do ponto até a carga geradora
linhas de força:

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Relação entre campo elétrico e força elétrica

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Relação entre campo elétrico e força elétrica

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A relação entre o campo elétrico e a força elétrica que é exercida sobre as cargas elétricas é definida de acordo com a equação:

Legenda:
E – campo elétrico [N/C ou V/m]
F – força elétrica [N]
q – carga elétrica de prova [C]

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O campo elétrico das cargas positivas sempre aponta para fora das cargas, na direção radial. Já o campo elétrico das cargas negativas aponta para dentro delas. como podemos ver nas imagens a seguir:
Cargas negativas:

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A atração e a repulsão elétrica estão relacionadas com a resultante do campo elétrico em cada ponto do espaço. Por meio das linhas de força podemos visualizar os casos nos quais há uma força atrativa ou repulsiva entre cargas elétricas:
Sinais diferentes
Nesse caso as cargas de sinal diferente, a resultante do campo elétrico aponta sempre em direção a outra carga. Com isso, surge a força de atração elétrica.

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O campo elétrico criado por uma carga pontual, no vácuo, tem intensidade igual a 9.10⁻¹ N/C. Calcule a que distância d se refere o valor desse campo.

(dados: Q = -4 pC e ko = 9.10⁹ unidades SI).

a) 0,02 m

b) 0,2 m

c) 0,4 m

d) 0,6 m

e) 0,002 m

RESPOSTAS
Quando jogamos na forma do campo elétrico obtemos 0,2 m na qual e reposta e b) como diz a imagem a seguir.

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Entre cargas de sinal igual, a resultante do campo elétrico aponta na direção oposta à posição das cargas, promovendo uma força elétrica de repulsão entre elas.

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Potencial elétrico ou tensão elétrica é a quantidade de energia necessária para mover uma carga elétrica unitária entre dois pontos distintos de uma região dotada de um campo elétrico. O potencial elétrico é uma grandeza física escalar medida em volts (V), que equivale a joules por coulomb (J/C) em unidades SI.

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O potencial elétrico é a quantidade de energia potencial elétrica, em joules, por unidade de carga, em coulomb. Entenda: afirmar que uma tomada fornece 110 V de potencial elétrico equivale dizer que ela cede 110 J de energia para cada coulomb de carga elétrica que passa através dos seus terminais.

O potencial elétrico no ponto em que a carga q encontra-se é diretamente proporcional ao módulo da carga elétrica q que o produz, e inversamente proporcional à distância d:

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A fórmula utilizada para calcular o potencial elétrico é esta:

U – potencial elétrico (V)

Q – carga elétrica (C)

k ₀ – constante eletrostática do vácuo (9,0.10⁹ N.m²/C²)

d – distância (m)

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Questão 1) Entre duas placas metálicas carregadas, espaçadas em 10 cm, há um campo elétrico de 500 V/m. Determine a diferença de potencial elétrico entre elas.
a) 10 V

b) 100 V

c) 50 V

d) 500 V

e) 5000 V

Resolução:

Após convertermos a distância entre as placas, transformando-a em metros (10 cm = 0,1 m), utilizaremos a fórmula que relaciona o campo elétrico com a diferença de potencial, observe:

E.d =U
500.01 = U
U = 50 V

Por meio do cálculo mostrado, descobrimos que a diferença de potencial entre as placas é de 50 V, logo, a alternativa correta é a letra c.

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Capacitores são dispositivos utilizados para o armazenamento de cargas elétricas. Existem capacitores de diversos formatos e capacitâncias. Não obstante, todos compartilham algo em comum: são formados por dois terminais separados por algum material dielétricos. Os capacitores são utilizados em diversas aplicações tecnológicas

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A função mais básica do capacitor é a de armazenar cargas elétricas em seu interior. Durante as descargas, os capacitores podem fornecer grandes quantidades de carga elétrica para um circuito.

Os capacitores levam um pequeno tempo para serem carregados completamente, entretanto, sua descarga geralmente é rápida. Por isso, os capacitores são largamente usados em dispositivos eletrônicos que demandam grandes intensidades de corrente elétrica, como aparelhos de som de alta potência.

Além de sua função mais fundamental, os capacitores podem ser usados para implementar temporizadores, retificadores de corrente elétrica, filtros de linha, estabilizadores etc.

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Os capacitores podem diferir em seu formato bem como em seu dielétrico. O meio que é inserido entre as placas de um capacitor interfere diretamente em sua capacidade de armazenar cargas elétricas. Meios que apresentam altas constantes eletrostáticas, ou seja, altamente resistivos, são os preferidos para a implementação dos capacitores.

Confira alguns tipos de capacitores:

Capacitores eletrolíticos: contêm finas camadas de alumínio, envolvidas em óxido de alumínio e embebidas em eletrólitos líquidos.

Capacitores de poliéster: são um tipo de capacitor bastante compacto, formado por folhas de poliéster e alumínio.

Capacitores de tântalo: têm uma vida útil mais longa, usam como dielétrico o óxido de Tântalo.

Capacitores de óleo: foram os primeiros tipos de capacitores e, assim como os capacitores de papel, deixaram de ser usados por serem pouco práticos ou confiáveis.

Capacitores variáveis: são os que possuem válvulas capazes de controlar a distância entre as placas ou a sua área de contato, largamente utilizados em aparelhos valvulados, como rádios e televisores antigos

Capacitores cerâmicos: feitos em formato de disco, são formados de placas condutoras que envolvem um meio como papel, vidro ou ar.

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A propriedade que mede a eficiência de um capacitor em armazenar cargas é a capacitância. A capacitância é uma grandeza física medida em unidades de Coulomb por Volt (C/U), mais conhecida como Farad (F), em homenagem ao físico inglês Michael Faraday (1791-1867). Dizemos que 1 Farad é equivalente a 1 Coulomb por Volt. A fórmula utilizada para calcular a capacitância é esta, confira:
C — capacitância (F)
Q — carga elétrica (C)
U — tensão elétrica (V)

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Vamos ver um exemplo disso, de uma aplicação muito comum dos capacitores: seu uso nas câmeras fotográficas.

Em TVs, que possuem grandes capacitores.

Uma das aplicações mais comuns é na criação de osciladores. Para isso, os capacitores são combinados com os indutores.
Exemplo de aplicação

Os capacitores estão presentes nas transmissões de rádio em frequência determinada.

Quando alguém usa o botão do rádio para mudar de estação. Todo esse processo é feito graças aos valores distintos de capacitância do capacitor.

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Questão 2) Certo capacitor é capaz de armazenar até 2 μC de carga elétrica quando conectado a uma diferença de potencial de 1 mV. Determine a capacitância desse capacitor.

a) 2 mF

b) 1 mF

c) 0,5 nF

d) 100 pF

e) 0,1 F

Resolução:

É possível calcular a capacitância por meio da razão entre a quantidade de carga elétrica armazenada e a diferença de potencial entre os seus terminais:

O resultado indica que a capacitância obtida é de 2 mF (2.10⁻³ F). Portanto, a alternativa correta é a letra A. como mostra na imagem a seguir.

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https://www.todamateria.com.br/forca-eletrica/
https://brasilescola.uol.com.br/fisica/potencial-eletrico-v.htm
https://www.resumoescolar.com.br/fisica/aplicacoes-dos-capacitores/