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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.
Vale notar que um campo elétrico só pode ser detectado a partir da interação do mesmo com uma carga de prova. Caso não haja interação com a carga, podemos dizer que o campo não existe naquele local.

Quando o campo elétrico é criado em uma carga positiva ele, por convenção, terá um sentido de afastamento.

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Quando o campo elétrico é criado em uma carga negativa ele, por convenção, terá um sentido de aproximação.

# data[].attributes.body
O cálculo do campo de uma carga puntiforme, localizada em um corpo de dimensões desprezível, é calculado por meio da fórmula:

E = K0.Q/ d²

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

# data[].attributes.body
A partir da razão entre a força elétrica e carga de prova é possível calcular a intensidade do campo elétrico:

E = F/q

E: campo elétrico

F: força elétrica (N- Newton )

q: carga elétrica (C- Coulomb)

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É a interação de atração ou repulsão gerada entre duas cargas devido a existência de um campo elétrico ao redor delas. Sendo também uma grandeza vetorial, ou seja, possui módulo, direção e sentido.
Charles Augustin de Coulomb foi um francês que, no fim do século XVIII, usando uma balança de torção, formulou uma equação capaz de analisar a força elétrica. Essa equação da Força Elétrica é conhecida como a Lei de Coulomb.
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.

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A fórmula matemática, também chamada de Lei de Coulomb, que expressa a intensidade da força elétrica é:

F=k⋅Q⋅q / d2

Onde:

Os termos q₁ e q2 da fórmula correspondem aos valores absolutos das cargas elétricas, cuja unidade no SI é coulomb (C)

F é a força elétrica de atração ou repulsão entre as cargas Q e q; é expressa em newton (N).

d é a distância entre as cargas Q e q; representada em metros (m).

k é a constante eletrostática.

Quando se calcula esta força no vácuo, a constante k se torna k₀ e é dada pelo valor:

k ₀ = 8,98755 . 10 ⁹ N . m²/C²

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Para que é utilizada a fórmula da força elétrica ?

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Para que é utilizada a fórmula da força elétrica ?

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A fórmula criada por Coulomb é utilizada para descrever a intensidade da interação mútua entre duas cargas puntiformes. Essas cargas são corpos eletrizados cujas dimensões são desprezíveis se comparadas com a distância entre elas.
A atração elétrica ocorre entre cargas que possuem sinais opostos, porque a força existente é de atração. A repulsão elétrica ocorre quando cargas de mesmo sinal são aproximadas, já que a força repulsiva atua sobre elas.

Para calcular a força elétrica os sinais das cargas elétricas não são levados em consideração, apenas seus valores.

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Exemplo 1: Duas partículas eletrizadas, q₁ = 3,0 x 10-6 C e q₂ = 5,0 x 10-6 C, e de dimensões desprezíveis situam-se a uma distância de 5 cm uma da outra. Determine a intensidade da força elétrica considerando que elas estão no vácuo. Utilize a constante eletrostática K0 = 9 . 10⁹ N.m²/C².

Solução: Para encontrar a força elétrica, os dados devem ser aplicados na fórmula com as mesmas unidades da constante eletrostática.

Observe que a distância foi dada em centímetros, mas a constante apresenta metro e, por isso, o primeiro passo é transformar a unidade de distância.
1 cm = 1/100 m
5 cm = 5/100 = 0,05m

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Chegamos a conclusão que a intensidade da força elétrica que age sobre as cargas é de 54 N.

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Podemos representar o campo elétrico através de linhas orientadas segundo o sentido do vetor campo elétrico. Essas, chamadas de 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.

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As linhas representam o campo elétrico gerado ao redor de duas cargas de sinais contrários (dipolos elétricos)

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Quando em uma região do espaço existe um campo elétrico em que o vetor associado a ele apresenta mesma intensidade, mesma direção e mesmo sentido em todos os pontos, esse campo elétrico é chamado de 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.

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A figura apresenta linhas de campo entre dois condutores eletrizados. É observado que na região das bordas dos condutores, as linhas deixam de ser paralelas e o campo não é uniforme.

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Exemplo 2 -

UERJ - 2017

Admita que a distância entre os eletrodos de um campo elétrico é de 20 cm e que a diferença de potencial efetiva aplicada ao circuito é de 6 V. Nesse caso, a intensidade do campo elétrico, em V/m, equivale a:

a) 40
b) 30
c) 20
d) 10

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Para calcular o valor da intensidade do campo elétrico, iremos usar a fórmula:

U = E.d

Antes de substituir os valores é necessário transformar a unidade da distância, que está em centímetros, para metro. Assim temos:

d= 20 cm = 0,2 m

Substituindo os valores na fórmula, encontramos:

6= E.(0,2)
E= 6÷0,2 = 30 V/m

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Também conhecido como potencial eletrostático de um ponto em relação a um ponto de referência, é definido pelo trabalho da força elétrica sobre uma carga eletrizada no deslocamento entre esses dois pontos.
Sendo uma grandeza escalar, necessita apenas, para ficar totalmente definida, da intensidade e de uma unidade de medida. Portanto, não requer nem direção, nem sentido.

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À medida que é afastda da carga q, o potencial elétrico diminui.

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O potencial de um ponto pertencente a um campo elétrico é encontrado dividindo-se o trabalho pelo valor da carga. Esse valor é sempre medido em relação a um ponto de referência.

Ao se definir um ponto de referência, convenciona-se que o potencial neste ponto é nulo.

VA= TAB ÷ q

Onde:

V A: Potencial elétrico do ponto A (V)
T AB: Trabalho da força elétrica ao deslocar a carga do ponto A ao ponto B (J)
q: Carga elétrica (C)

No Sistema Internacional de Unidade (SI) o potencial elétrico é medido em Volts (Joule/Coulomb) em homenagem ao físico italiano Alessandro Volta (1745-1827), criador da pilha elétrica.

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Diferença de potencial (ddp), também chamada de tensão elétrica ou voltagem, é uma importante grandeza no estudo dos fenômenos elétricos.

No cotidiano, usa-se mais o conceito de diferença de potencial do que o de potencial elétrico de um ponto. Por exemplo, nos aparelhos elétricos, normalmente aparece a indicação da sua voltagem.

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Quando um campo elétrico é gerado por uma carga fixa no vácuo, a diferença de potencial pode ser calculada como sendo:

# data[].attributes.body
Onde:

U: diferença de potencial (V)
k ₀: constante eletrostática no vácuo (9.10⁹ N.m²/C²)
Q: carga elétrica fixa (C)
d A: distância da carga fixa ao ponto A (m)
d B: distância da carga fixa ao ponto B (m)

Se considerarmos o ponto B infinitamente afastado da carga Q (VB = 0), então teremos que o potencial no ponto A será dado por:

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O potencial elétrico é a quantidade de energia potencial elétrica, em joules, por unidade de carga, em coulomb.
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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Numa superfície equipotencial todos os pontos apresentam um valor constante para o potencial elétrico.

Em um campo elétrico gerado por uma carga puntiforme, as superfícies equipotenciais serão esferas concêntricas, ou seja, apresentam um mesmo ponto central.

A carga puntiforme situa-se no centro dessas esferas e as linhas de força são perpendiculares as superfícies equipotenciais.

Na figura abaixo representamos uma carga Q, carregada positivamente. Indicamos ainda as linhas de força e as superfícies equipotenciais.

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Exemplo 3
Duas partículas pontuais Q e q estão separadas por uma distância d = 0,45m. Elas são cargas pontuais positivas Q = 8.10^-6 C e q = 2.10^-10 C. Determine:

A) a energia potencial elétrica dos sistemas;

B) O potencial elétrico gerado por Q na posição onde está a partícula de carga q.

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RESPOSTA:

A) basta aplicar a expressão da energia potencial elétrica:

E = k. (Q.q)/d

E = 9.10^9 . (8.10^-6 . 2.10^-10)/ 0,45

E = 3,2.10^5 V

B) Basta aplicar a expressão do potencial elétrico:

V = k . Q/d

V = 9.10^9 . (8.10^-6/0,45)

V = 1,6 . 10^5 V

# data[].attributes.body
Quando dizemos que existe uma alta voltagem entre dois pontos, significa que a carga recebe uma grande quantidade de energia no seu deslocamento.

A diferença de potencial é indicada por:

U = VA - VB

U: diferença de potencial (V)
V A: potencial elétrico em um ponto A (V)
V B: potencial elétrico em um ponto B (V)

# data[].attributes.body
Capacitores são elementos reativos que reagem à passagem de corrente através do acúmulo de cargas elétricas, ou seja, o capacitor é capaz de armazenar energia eletrostática.
Os capacitores, geralmente, são produzidos de forma simples, formados por duas placas condutoras paralelas, chamadas de armaduras, que podem ou não ser preenchidas com um meio altamente dielétrico (isolante).

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Podemos dizer que a principal função de um capacitor é acumular cargas elétricas em um circuito para posteriormente descarregar estas mesmas cargas.
Esses dispositivos podem ser usados em circuitos alimentados por correntes elétricas alternadas, quando se deseja a formação de uma corrente elétrica contínua, como nos casos de eletrodomésticos, como geladeiras, liquidificadores, máquinas de lavar e etc.
Por sua grande facilidade em armazenar cargas elétricas, os capacitores também podem ser utilizados para suprir a demanda de altas correntes elétricas requisitadas por algum circuito de alta potência, como os grandes aparelhos de som utilizados em shows.

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É uma grandeza física relacionada à quantidade de cargas elétricas que um capacitor é capaz de armazenar para uma dada diferença de potencial. Quanto maior for sua capacitância, maior será a quantidade de cargas armazenada pelo capacitor para uma mesma tensão elétrica.
Podemos calcular a capacitância pela razão entre a quantidade de cargas armazenadas e a tensão elétrica:
C = Q / U
C – capacitância (F – farad)
Q – carga elétrica armazenada (C- coulomb)
U – tensão elétrica ou diferença de potencial (V – volts)

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Durante o período de carga de um capacitor a corrente na carga começa a diminuir, isso acontece porque no instante que o capacitor recebe a tensão da fonte o mesmo absorve a tensão elétrica até que o capacitor esteja completamente carregado à fórmula matemática que modela esse comportamento na carga .

Vr= E.(e - t/T)
Onde:
Vr: Tensão de Carga
E: Tensão da fonte
t: Instante em segundos
T: Constante de tempo

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Os capacitores podem ser associados em série ou em paralelo. Quando conectados em série, as cargas em todos são iguais.
a) Associação em série

# data[].attributes.body
b) Associação em paralelo e mista

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A tensão sobre o conjunto dos capacitores é a soma das tensões sobre cada capacitor (isso é um fato geral sobre componentes ligados em série):
V = V1 +V2 +L+V n
Na associação em paralelo, os capacitores estão em um mesmo potencial (um fato geral sobre componentes em paralelo), mas acumulam cargas diferentes. A carga total é a soma das cargas acumuladas em cada capacitor.
Q = Q1 + Q2 +L+ Qn

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1. Capacitores eletrolíticos (polarizados, não polarizados e tântalo).

2. Condensadores de poliéster (metálicos e não metálicos)

3. Capacitores de cerâmica (disco e placa)

4. Capacitores SMD

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Nos rádios os capacitores estão presentes nas transmissões em frequência determinada. As estações enviam ondas que são captadas por antenas de aparelhos eletrônicos transmissores. As antenas têm a capacidade de sintonizar as diversas estações (cada uma possui uma frequência determinada), porque possuem um receptor que se utiliza do circuito ressonante.
Para que se possa ouvir a transmissão de uma estação, é preciso que exista uma transformação de correntes. O circuito ressonante muda a corrente alternada para corrente contínua, e, para isso, usa um capacitor variável que fica em paralelo com a bobina.
Quando muda de estação o receptor ajusta o aparelho transmissor. Isso porque é preciso captar o comprimento de onda que as emissoras de rádio transmitem. Todo esse processo é feito graças aos valores distintos de capacitância do capacitor.

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A força elétrica é a capacidade de atração ou repulsão entre duas cargas elétricas. A equação da Força Elétrica é conhecida como Lei de Coulomb.

Charles Augustin de Coulomb foi um francês que, no fim do século XVIII, usando uma balança de torção, formulou uma equação capaz de analisar a força elétrica. Essa equação da Força Elétrica é conhecida como a Lei de Coulomb.

É importante lembrar que a lei de Coulomb não surgiu de um mero acaso, houve antes dessa fórmula diversos estudos, que se iniciaram na Grécia antiga quando Tales, na cidade de Mileto, observou que ao atritar uma resina fóssil, esta tinha o poder de atrair objetos mais leves, como grama seca e pequenas sementes.

Esse estudo ficou esquecido por um tempo até que, em 1600, o médico da rainha da Inglaterra, chamado William Gilbert, baseado nos estudos de Tales, inventou o pêndulo elétrico, objeto de grande utilidade na observação de fenômenos da eletricidade.

A evolução da eletrostática continuou com Otto Von Guericke, que primeiro observou a existência de repulsão entre as cargas elétricas, fato concluído por Charles DuFay ao afirmar que, além da repulsão, as cargas também possuem um poder de atração elétrica.

O físico e político americano, Benjamim Franklin, também teve sua participação quando admitiu que a eletricidade pode se transportar de um corpo para outro, e provou quando concluiu seu experimento de empinar uma pipa sob os raios de uma tempestade.

As teorias e definições sobre campo elétrico, potencial elétrico e capacidade elétrica foram concluídas por nomes como Gauss, La Place e Poisson.

Alexandre Volta também se consagrou como personalidade na história da eletrostática, em 1800, com a descoberta da pilha, pois foi aí que houve a revelação da corrente e resistência elétrica.

Vemos que a partir da descoberta da corrente elétrica, desenvolveram-se estudos sobre os fenômenos magnéticos, o eletromagnetismo e logo mais tarde a física moderna.

Enfim, a Lei de Coulomb é de grande importância, pois é através dela que podemos calcular o valor das forças de atração ou repulsão entre duas cargas elétricas.

A lei é representada matematicamente pela equação:

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Onde:
F = força elétrica
Ko = constante eletrostática (para cargas situadas no vácuo)
Q = carga elétrica
d = distância entre as cargas

Veremos agora uma aplicação, na qual podemos notar o cálculo da força elétrica.

Aplicação: Duas cargas puntiformes iguais a 5. 10-6 e -4. 10-6 C se encontram no vácuo e estão separadas por uma distância de 3 metros. Determine a força elétrica existente entre elas. (Dado: Ko = 9.109 N.m² /C²)

Aproveite para conferir a nossa videoaula relacionada ao assunto:
Força elétrica entre duas cargas de sinais iguais

Por: Talita A. Anjos

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Força elétrica. Aplicação da força elétrica - PrePara Enem

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A força elétrica é a capacidade de atração ou repulsão entre duas cargas elétricas. A equação da Força Elétrica é conhecida como Lei de Coulomb. Charles Augustin de Coulomb foi um francês que, no fim do século XVIII, usando uma balança de torção, formulou uma equação capaz de analisar a força elétrica.

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Grandeza que mede a interação entre cargas elétricas

O campo elétrico é definido como uma grandeza vetorial (possui sentido, direção e módulo) utilizado para medir as interações entre cargas elétricas, que podem ser de atração ou repulsão. Em outras palavras, esse campo é uma espécie de força gerada ao redor das cargas elétricas.

Um típico exemplo de interação acontece quando encostamos o braço na tela de uma televisão recém-desligada e os pelos ficam arrepiados. Esse fenômeno acontece porque os circuitos elétricos internos da televisão geram uma alta tensão para o seu funcionamento, a qual é aplicada internamente, bem próximo da tela.

Isso faz com que o campo elétrico formado pela alta tensão atraia corpos não polarizados, no caso os pelos do braço. Sabe-se também que o campo é identificado a partir da interação com uma carga de prova. A ausência de iterações implica em dizer que não existe campo naquele local.

Como calcular o campo elétrico?

Como já dito, o campo elétrico é dotado de grandeza vetorial. Em função disso, o vetor do campo, gerado a partir das forças de interação, depende apenas do sinal da carga elétrica.

A exemplificação pode ser feita a partir de uma carga de prova, isto é, uma carga elétrica colocada em um dado ponto do campo para comprovar a sua existência. Se o campo e a carga tiverem o mesmo sinal, serão repulsados. Mas se os sinais forem contrários, irão se atrair.

O cálculo do campo de uma carga puntiforme, localizada em um corpo de dimensões desprezível, é calculado por meio da fórmula:

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

A partir da razão entre a força elétrica e carga de prova é possível calcular a intensidade do campo elétrico:

Propriedades do vetor

A força elétrica e vetor do campo elétrico possuem algumas propriedades:

* Apresentam a mesma direção;

* Apresentam sentidos iguais quando a carga de prova é positiva (q > 0);

* Apresentam sentidos opostos quando a carga sinal é negativa (q < 0);

* O vetor campo se afasta na medida que a carga geradora do campo é positiva (Q > 0);

* O vetor campo se aproxima na medida que carga geradora do campo é negativa (Q < 0);

Linhas de força

As linhas de força, também chamadas de linhas de fluxo, são formas gráficas de visualização do campo elétrico. Essas linhas possuem orientações tangentes que apontam a direção e o sentido do campo. Quanto mais próximo essas linhas do campo, maior a intensidade, bem como mais distantes, menor a intensidade.

Observe na imagem abaixo a ação das forças atrativa e repulsiva entre cargas elétricas iguais, mas com sinais contrários (dipolos elétricos):

Demonstração das linhas de força em um campo elétrico. (Foto: Wikipédia)

Sobre essas linhas ainda é possível afirmar que:

* Próximo de uma carga pontual positiva saem linhas de todas as direções e perto de uma carga negativa entram linhas em todas as direções;

* Duas linhas de campo não podem se cruzar. Caso isso acontecesse, no ponto cruzamento haveriam duas direções diferentes, o que é impossível.

Lei de Coulomb

A Lei de Coulomb, criada por Charles Augustin de Coulomb, é responsável pelo estudo sobre as interações eletrostáticas de partículas eletricamente carregadas. Em seus experimentos constatou que:

"A força de ação mútua entre dois corpos carregados tem a direção da linha que une os corpos e sua intensidade é diretamente proporcional ao produto das cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância que as separa".

A lei é expressa pela fórmula:

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)

Em síntese, essa teoria sustenta que surge uma força de interação entre cargas elétricas que possuem sinais contrários. Da mesma forma que a força será de repulsão quando as cargas tiverem sinais iguais.

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O campo elétrico é definido como uma grandeza vetorial (possui sentido, direção e módulo) utilizado para medir as interações entre cargas elétricas, que podem ser de atração ou repulsão. Em outras palavras, esse campo é uma espécie de força gerada ao redor das cargas elétricas.

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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.

Fórmula da força elétrica

A fórmula matemática, também chamada de Lei de Coulomb, que expressa a intensidade da força elétrica é:

No Sistema Internacional de unidades (SI), a intensidade da força elétrica (F) é expressa em newton (N).

Os termos q ₁ e q 2 da fórmula correspondem aos valores absolutos das cargas elétricas, cuja unidade no SI é coulomb (C), e a distância que separa as duas cargas (r) é representada em metros (m).

A constante de proporcionalidade (K) depende do meio que as cargas estão inseridas, por exemplo, no vácuo esse termo recebe o nome de constante eletrostática (K ₀) e seu valor é 9.10 ⁹ N.m ²/C ².

Saiba mais sobre a Lei de Coulomb.

Para que é usada a fórmula da força elétrica e como calcular?

A fórmula criada por Coulomb é utilizada para descrever a intensidade da interação mútua entre duas cargas puntiformes. Essas cargas são corpos eletrizados cujas dimensões são desprezíveis se comparadas com a distância entre elas.

A atração elétrica ocorre entre cargas que possuem sinais opostos, porque a força existente é de atração. A repulsão elétrica ocorre quando cargas de mesmo sinal são aproximadas, já que a força repulsiva atua sobre elas.

Para calcular a força elétrica os sinais das cargas elétricas não são levados em consideração, apenas seus valores. Veja como calcular a força elétrica com os exemplos a seguir.

Exemplo 1: Duas partículas eletrizadas, q ₁ = 3,0 x 10-6 C e q ₂ = 5,0 x 10-6 C, e de dimensões desprezíveis situam-se a uma distância de 5 cm uma da outra. Determine a intensidade da força elétrica considerando que elas estão no vácuo. Utilize a constante eletrostática K 0 = 9 . 10 ⁹ N.m ²/C ².

Solução: Para encontrar a força elétrica, os dados devem ser aplicados na fórmula com as mesmas unidades da constante eletrostática.

Observe que a distância foi dada em centímetros, mas a constante apresenta metro e, por isso, o primeiro passo é transformar a unidade de distância.

O próximo passo é substituir os valores na fórmula e calcular a força elétrica.

Chegamos a conclusão que a intensidade da força elétrica que age sobre as cargas é de 54 N.

Você também pode se interessar por Eletrostática.

Exemplo 2: A distância entre os pontos A e B é de 0,4 m e nas extremidades estão situadas as cargas Q ₁ e Q ₂. Uma terceira carga, Q ₃, foi inserida em um ponto que está a 0,1 m de Q ₁.

Calcule a força resultante sobre Q ₃ sabendo que:

Solução: O primeiro passo para resolver esse exemplo é calcular a intensidade da força elétrica entre duas cargas por vez.

Vamos iniciar calculando a força de atração entre Q ₁ e Q ₃.

Agora, calculamos a força de atração entre Q 3 e Q ₂.

Se a distância total entre a reta é de 0,4 m e Q ₃ está posicionada a 0,1 m de A, quer dizer que a distância entre Q 3 e Q ₂ é de 0,3 m.

A partir dos valores das forças de atração entre as cargas, podemos calcular a força resultante da seguinte forma:

Chegamos a conclusão que a força elétrica resultante que Q 1 e Q 2 exercem sobre Q ₃ é de 3 N.
Para continuar testando seus conhecimentos, as listas a seguir vão te ajudar:

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Força elétrica: o que é e como usar a fórmula

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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...

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Lei de Coulomb: Força Elétrica - Brasil Escola